Поясните вначале, что такое гравитационные волны и почему они появляются?

Это слабые искажения пространства-времени, которые движутся со скоростью света. Они были предсказаны Эйнштейном в общей теории относительности. Когда их удалось засечь, это в очередной раз подтвердило теорию.

Они появляются, если что-то движется с ускорением. Например, если вы махнули рукой, то это порождает гравитационную волну, только очень слабую, которую нельзя поймать приборами. А вот зафиксированные волны были посильнее, хотя и рекордно слабые с точки зрения техники. Их источник — космический, в данном случае — тесные двойные системы. В них вращаются друг напротив друга два объекта, например, две черные дыры. При этом они могут терять свою энергию и в конце концов упасть друга на друга — это именно то, что наблюдалось (было зафиксировано столкновение двух черных дыр — ред.).

Также причиной гравитационных волн могут быть взрывы сверхновых или какое-то периодическое вращение космического объекта, таких как пульсары. Все они выдают волны в разном диапазоне, хотя причина их появления — одинакова.

Какова история исследований этих волн?

В принципе, до этого открытия никто из серьезных людей не сомневался, что гравитационные волны существуют. Все прочие предсказания подтверждались с высокой точностью. Сами волны сначала поймать не могли, но за счет излучения изучили орбиту пульсара, которая оказалась точно такой, как предсказывал Эйнштейн.

Впервые поймать их пытались американцы Джозеф Вебер и Джон Уилер. Они сделали специальную бочку с детекторами, которые должны были реагировать на гравитационные волны определенной частоты. Но проблема была в том, как сказано выше, что стандартными методами их не зафиксировать. Можно построить бочку и ждать, что раз в 1000 лет что-то прилетит. Но чем оно более "этакое", тем оно реже прилетает. Основная проблема — не поймать сигнал, а доказать, что это именно гравитационная волна. Вебер сигнал поймал, но доказать не смог.

Киевская бочка для "ловли" гравитационных волн

В Советском Союзе в подвале Института теоретической физики построили такую же как у американцев бочку, созданную на одном из киевских заводов. Вроде как удалось получить сигнал, но опять же все уперлось в невозможность доказать его происхождение.

Уже в конце XX века, в 1993 году, за "новые возможности в изучении гравитации" Нобелевскую премию получили Рассел Халс и Джозеф Тейлор-мл. Тогда слово "гравитация" впервые появилось в номинациях на Нобелевскую премию. Сам Эйнштейн получил свою награду совсем за другое, тогда его теория относительности еще не была подтверждена.

Как сегодня фиксируют гравитационные волны?

Во всем мире есть несколько специальных гравитационных обсерваторий проекта LIGO.

Впервые сигналы именно гравитационных волн были в 2015 году независимо друг от друга зафиксированы в двух уже улучшенных научных обсерваториях Advanced LIGO в США и в одной европейской.

Американские расположены на двух концах США, расстояние между ними — 3000 км. Наличие трех обсерваторий позволяет более точно определить, с какого направления на небесной сфере пришел сигнал. Это называется "временем запаздывания".

Ученые предположили, что источником послужило столкновение двух массивных черных дыр общей массой в 3 массы Солнца. Часть энергии, равная еще нескольким солнечным массам, ушла в открытый космос в виде гравитационных волн. Этот "остаток" и был в итоге зафиксирован в LIGO.

Но хитрые ученые сообщили об открытии далеко не сразу, приурочив его к столетию статьи, где эти волны были описаны Альбертом Эйнштейном. И после этого уже никто не сомневался, что им дадут Нобелевскую премию.

В будущем хотят запустить в космос специальный спутник, чтобы поймать волны гораздо большей длины. Сейчас его проектируют, старт намечен на 2034 год.

Проект LISA

По задумке проекта, спутник должен будет летать по определенной орбите, обмениваясь непрерывно лазерными лучами и ловить искажения пространства-времени на крайне низких частотах, излученные вначале существования Вселенной. Тестовый спутник LISA Pathfinder был запущен в 2015 году.

Из какой части Вселенной эти волны могли прийти?

Телескоп, настроенный на улавливание гамма-излучения, зафиксировал его всплеск через 0,4 секунды после прихода гравитационных волн. Вопрос в том, что вращение двух черных дыр разгоняет все вокруг как в миксере, и такого типа излучения там попросту не могло быть. Если все же принять, что гамма-излучение пришло оттуда же, откуда и гравитационные волны,то их источник мог находиться в созвездии Кита или Рыб.

Как обстоят дела с изучением этих волн в Украине?

В Украине мало кто занимается темой гравитационных волн и украинских ученых пока нет в международной кооперации по этой теме, хотя есть несколько поляков. Тема постепенно развивалась, но для защиты своих работ людям приходилось ездить в Москву или Минск — в Украине не хватало специалистов. Наверное, первый, кто защищал докторскую диссертацию по гравитации в Украине это был я, и то один мой оппонент был из Литвы.

Сейчас ситуация существенно продвинулась, но я не могу сказать, что Украина по этому вопросу входит в число ведущих стран по теории относительности. Кроме того, важна кооперация, а она предполагает деньги на поездки, командировки и исследования. В этом аспекте у поляков ситуация существенно лучше чем у нас, они изначально поняли важность перехода от социалистической к современной науке.

Как вы считаете, есть ли сейчас в бывших соцстранах претенденты на Нобелевскую премию по физике?

Претенденты есть. Но во-первых, многие результаты были получены еще в СССР. Люди,которые их получили, уже давно могут быть в Штатах. Потому что серьезной наукой нужно заниматься в серьезных местах. Что касается соцстран, то может решат дать Андрею Линде за теорию инфляции. Могут всплыть совсем старые результаты, как вышло с Габором (Денеш Габор получил премию в 1971 году за открытие голографии еще в 1947 — ред.). Тот же Капица получил премию уже довольно пожилым, он просто отказывался ее делить с кем-либо.

Из свежих результатов никаких, тянущих на Нобелевскую премию, нет. Тем более, в Украине.

Результаты, полученные Геймом и Новоселовым (Константин Новоселов и Андрей Гейм получили премию в 2010 году за эксперименты с графеном — ред.) были получены ими уже на Западе. У нас для такого нужно иметь и соответствующую среду, и финансирование, и совершенно иную организацию процесса.

Главная проблема — наука нигде не является средством заработка. В СССР наука была одним из немногих серьезных социальных лифтов, потому что физики были нужны для атомной бомбы, для радаров, для сверхзвуковой авиации. Например, после взрыва американцами атомной бомбы, зарплата всех советских физиков, работавших в этом же направлении, была повышена в четыре раза. После распада Союза, понятное дело, система ощутимо девальвировалась.

Меняется ли отношение к науке в Украине?

В нашей стране организация научного процесса не очень быстро, но меняется. Проблема в том, что нет понимания западной системы и ее финансирования. Стоимость научной публикации в Украине раз в 30 меньше, чем в США. Поэтому ученым проще уехать, чем работать в Академии Наук на процент от небольшой зарплаты, потому что денег на всех не хватает.

Вторая проблема — падение уровня образования, как школьного, так и высшего. Из моего опыта чтения лекций и экзаменов, я могу сделать вывод, что после реформы образования знания новых студентов по физике и математике становятся все хуже и хуже. Происходит существенное падение уровня образования. На выходе мы имеем людей менее пригодных для научной работы.

В системе высшего образования кроется третья проблема для развития науки. Несколько преподавателей могут читать один и тот же предмет, и каждому пойдут часы, а иначе нужно кого-то увольнять. И понятно, что уровень преподавания у всех разный. Что делать умному студенту, понимающему, что в Украине возможностей нет? Ехать за границу, в ту же Польшу. Поляки очень охотно берут наших студентов. Технологическая база и отношение там намного лучше. И вряд ли они позже вернутся. Особенно это касается тех, кто планирует заниматься экспериментальной физикой. Физикам-теоретикам в этом плане полегче. Но вот что делать, если человеку нужна современная установка для проведения опытов? Он посмотрит вокруг и уедет туда, где эта установка есть.

Наука для Украины — вопрос выживания, поскольку без нее мы будем платить налог на глупость.

Будут реализовываться самые идиотские идеи. Не будет правильной и адекватной экспертизы. Ведь ученые часто могут консультировать по целому ряду вопросов, даже выходящих за рамки их научных интересов.

Например, это в самом конце, я знаю историю про физика из Принстона. Он консультировал за большие деньги крупную корпорацию. Эта корпорация придумала проект на миллиарды долларов. На собрании физик на основе простейших принципов доказал его несостоятельность и проект свернули. Ученый спас корпорацию от траты миллиардов долларов впустую. Вот вам практическая польза от физиков. Но без денег этого не достичь.