В 2015 году произошло событие, которое навсегда изменило наш взгляд на космос. Гравитационная волна была зарегистрированная наземным детектором LIGO. Открытие стало чрезвычайно важным для науки и ещё раз подтвердило правильность логики Эйнштейна с его теорией относительности.
Парадоксально, но впервые в истории человек смог именно "услышать" слияние двух чёрных дыр - объектов, о существовании которых раньше можно было только догадываться по косвенным признакам.
Но как такое вообще возможно? Как можно услышать то, что не издаёт ни звука, ни света? Ведь я даже статью писал на тему физики кино, и разбирал там ляпы относительно демонстрации звуков в космосе.
Чтобы понять суть, представьте ткань, натянутую во все стороны - гладкую, ровную. Это пространство-время. Да, такие аналогии критикуются, если мы говорим о понятийном аппарате на фундаментальном уровне. Но для простого читателя вполне уместно вспомнить именно ткань.
Теперь представьте, как по этой ткани кто-то пускает тяжелый шар - он деформирует поверхность, создаёт вмятину. А если этот шар начнёт двигаться, особенно если рядом есть ещё один и они вращаются, то поверхность начнёт колебаться, словно от брошенного камня по воде. Эти колебания и есть гравитационные волны - рябь на пространственно-временной ткани.
Сами по себе они не "звучат", потому что в вакууме нет воздуха, а значит, нет и обычных звуков. Более того, колебания происходят внутри гравитационного поля в пространстве-времени. Они не предназначены для фиксации нашими ушами и конструктивно это невозможно. Но волны гравитации носят в себе частотную информацию. И вот тут начинается самое настоящее волшебство.
Когда LIGO фиксирует гравитационную волну, он на самом деле измеряет крошечные изменения длины лазеров детектора на уровне одной тысячной диаметра протона. Это невообразимо малая вибрация, но она содержит ритм. И этот ритм можно представить как колебания частоты. По сути мы можем переложить любой волновой процесс на колебание упругой среды. В случае звука - воздуха. Мы способны моделировать такие звуки, используя знания о параметрах волны.
Именно на этом этапе физики "переводят" волны в звуковой диапазон, масштабируя сигнал так, чтобы частоты попали в пределы, воспринимаемые человеческим ухом. Результат - это звук, который похож на короткий восходящий "чирп".
От низкого гудения до внезапного скачка вверх, завершающегося щелчком. Этот звуковой отпечаток - след столкновения двух колоссальных масс на расстоянии миллиардов световых лет.
Мы привыкли исследовать Вселенную глазами - через телескопы, регистрирующие свет, инфракрасное излучение, радио- и рентгеновские волны. Но гравитационные волны не взаимодействуют с материей так же, как свет. Они проходят сквозь всё не рассеиваясь. Это значит, что с их помощью мы можем наблюдать то, что в принципе невозможно увидеть обычными методами: слияния чёрных дыр, нейтронных звёзд, экзотические явления в глубинах космоса и даже отголоски Большого взрыва.
Сегодня человечество построило международную сеть детекторов гравитационных волн: американские LIGO, европейский Virgo, японский KAGRA, а в будущем появится ещё более чувствительный Cosmic Explorer. Вместе они позволят не только "слышать", но и локализовать источники сигналов, указывая точку на небе, где произошло космическое событие.
Можно уверенно заявить, что рябь гравитационного поля, которую мы видим как гравитационную волну, является тем самым голосом пространства-времени. Ведь если вы вспомните мои многочисленные материалы на канале про гравитацию, то найдёте связь между фактом существования гравитации и сами пространством.
Учёные мечтают о моменте, когда каждый день будет фиксироваться десятки и сотни "звуков космоса". Мы будем различать их, как музыкальные ноты. Низкий бас столкновения чёрных дыр, дрожащий писк от слияния нейтронных звёзд, возможно - даже хриплый шёпот от реликтовых волн начала времени.
Не забывайте ставить лайки 👍 и подписываться на канал ✔️, если материал понравился! Так вы увидите больше интересных статей, а моему каналу это поможет развиваться.