Когда мы исследуем передовые рубежи физики, невозможно избежать ошибок. Реальность представляет собой один из многих возможных вариантов и далеко не всегда тот, который нам нравится. Риск — неотъемлемая часть научного опыта обучения. Эксперименты, которые опровергают наши гипотезы, приносят новые знания.
В разгар своей карьеры Альберт Эйнштейн сделал три ошибки в течение четырех лет — всего два года спустя после прибытия в Институт перспективных исследований в Принстоне. В статье 1935 года он утверждал, что квантовая механика не включает запутанности частиц на больших расстояниях, или, как он выразился, "жуткого действия на расстоянии". В статье 1936 года он утверждал, что гравитационные волны не существуют. И в статье 1939 года он утверждал, что черные дыры не существуют.
Спустя восемь десятилетий три Нобелевские премии были присуждены в течение пяти лет тем, кто исправил ошибки Эйнштейна. В 2017 году Нобелевская премия по физике была присуждена за обнаружение гравитационных волн. В 2020 году Нобелевскую премию по физике присудили за открытие сверхмассивной черной дыры Стрелец A* в центре нашей галактики. А в 2022 году Нобелевскую премию присудили за экспериментальную демонстрацию квантовой запутанности.
Несмотря на этот исторический урок, сейчас стало модным для теоретических физиков избегать проверки экспериментов, продвигая непроверяемые гипотезы. Эти идеи невозможно опровергнуть, и поэтому они не заслужат Нобелевской премии по физике.
Открытие электромагнитных волн, сначала теоретически Джеймсом Кларком Максвеллом, а затем экспериментально Генрихом Герцем, улучшило человеческие навыки общения. Может ли это также касаться и гравитационных волн?
До сих пор было обнаружено почти сто источников гравитационных волн из космологических расстояний. Это замечательный успех, так как все они хорошо описываются предсказанными волновыми формами слияний черных дыр или нейтронных звезд согласно теории общей относительности Эйнштейна. Однако это также и разочарование, так как мы не обнаружили неожиданных источников.
В отличие от этого, электромагнитные волны впервые были обнаружены в 1888 году от искусственных источников в лаборатории Герца на Земле. Может ли детектор гравитационных волн достичь такой чувствительности, чтобы обнаружить земные источники?
Для калибровки рассмотрим сигнал гравитационных волн, ожидаемый от удара массивного метеорита о Землю. Чиксулубский метеорит, который привел к гибели динозавров 66 миллионов лет назад, имел диаметр около 10 километров, сопоставимый с размером города. Я подсчитал, что его удар по Земле вызвал бы амплитуду гравитационной волны с частотой около 1 Герца (обратная величина периода волны в одну секунду, единица, названная в честь Генриха Герца), которая превышает ожидаемую чувствительность футуристической лунной обсерватории, которую я предложил в недавней статье с Каран Джани.
К сожалению для лунной обсерватории, но к счастью для человечества, такое массивное падение метеорита происходит раз в несколько десятков миллионов лет. Это точно не произойдет в ближайшем столетии на основе существующих данных NASA по исследованию объектов вблизи Земли.
Также, к сожалению для лунной обсерватории, у человечества нет средств для ускорения снаряда с массой Чиксулуба в триллион тонн до скорости Чиксулуба в десятки километров в секунду. Поэтому нет шансов, что мы сможем создать значительное искривление пространства-времени, чтобы общаться с помощью гравитационных волн в обозримом будущем.
Но что если в Млечном Пути существует более развитая научная цивилизация? Что ей нужно сделать, чтобы быть услышанной с помощью гравитационных волн? Подробные расчеты показывают, что наши обсерватории заметили бы их, только если бы они разогнали планету массой Юпитера до значительной доли скорости света, как указано в двух недавних статьях.
Наш лучший детектор гравитационных волн еще впереди. В течение десяти лет ESA и NASA планируют отправить в космос обсерваторию гравитационных волн под названием Лазерная интерферометрическая космическая антенна (LISA). LISA состоит из трех космических аппаратов, которые будут находиться на расстоянии миллионов миль друг от друга позади Земли, пока она движется вокруг Солнца. Эти три аппарата передают лазерные лучи туда и обратно в поисках временных искажений пространства-времени. Объект массой Юпитера на плотной орбите вокруг Стрельца A* мог бы излучать достаточно энергии, чтобы быть обнаруженным LISA, и энергия, выделяемая одной звездой, могла бы позволить закодировать искусственное сообщение в ее сигнале.
Преимущество передачи сообщений с помощью гравитационных волн заключается в том, что сообщение не может быть рассеяно или заблокировано какой-либо промежуточной астрофизической системой, как я показал в недавней статье. Второе преимущество заключается в том, что сигнал уменьшается только обратно пропорционально расстоянию, а не квадрату расстояния, как это происходит с обычными детекторами, которые записывают поток энергии электромагнитных сигналов.
Будем надеяться, что LISA обнаружит неожиданное сообщение. А еще лучше, чтобы его расшифровка раскрыла уравнение, которое объединяет квантовую механику и гравитацию. Это приведет к завершению поиска Эйнштейна единой теории и позволит нам узнать, что находится внутри черных дыр и что предшествовало Большому взрыву. Если не от разумной цивилизации, то такая информация может быть получена от обнаженной сингулярности, которая нарушает гипотезу о космической цензуре и позволяет нам заглянуть прямо в лицо квантовой гравитации.
Если вам нравится читать статьи на нашем канале и вы хотите помочь в его развитии, вы можете поддержать канал донатом: