Я рассматриваю до смешного детальную схему аппарата, прямо-таки настоящий плакат, прикрепленный к стене лаборатории Калифорнийского технологического института, вдоль одного из плеч интерферометра. Профессионально изготовленный чертеж иллюстрирует сложную архитектуру прототипа. Он содержит гораздо больше линий, чем, казалось бы, необходимо для изображения траектории проходящего через аппарат лазерного луча, которая представляет собой (что вроде бы следует из мультфильма про эксперимент) простую поездку в два конца. Нет, прочитать этот чертеж мне явно не под силу. И я решаю его сфотографировать – на память. Но, боюсь, все не так просто. Чтобы вступить в Международное научное сообщество LIGO (LIGO Scientific Collaboration — LSC), вы должны подписать “Меморандум о взаимопонимании” и тем самым юридически взять на себя часть ответственности в работе над проектом. Я этот меморандум не подписывала и потому не уверена, что вправе делать такой снимок.
– Я ведь не являюсь членом LSC, так почему мне можно все это разглядывать?
Джейми смеется и легонько подталкивает меня локтем:
– Что, собираетесь соорудить такой же у себя дома?
Если вы и впрямь решили собственными силами соорудить интерферометр, то вам придется сделать следующее. Найти место с низкой сейсмической активностью. Затем построить два тоннеля (чем длиннее, тем лучше), соединив их под прямым углом, в виде буквы Г. Когда гравитационная волна движется в пространстве, расстояния между свободно движущимися телами растягиваются и сокращаются на очень незначительную величину. Эта величина зависит от длины тоннеля – точнее, от длины плеча интерферометра. Изменение длины при прохождении типичной гравитационной волны составит около десяти миллиардной части триллионной длины плеча. Если сделать плечо слишком коротким, прибор будет недостаточно чувствительным к гравитационным волнам и не заметит колебаний пространства.
В точке пересечения плеч интерферометра необходимо установить мощный высокоэнергетический лазер. Затем направить лазер на делитель луча, который, как следует из его названия, разбивает лазерный луч, посылая одну его часть вдоль первого плеча, а другую часть – вдоль второго. Принципиально важно откачать из тоннелей весь воздух, удалить все загрязняющие вещества и твердые частицы так, чтобы свет беспрепятственно распространялся в пустом пространстве. Это одна из важнейших задач – сохранять высокий вакуум. Ничто не должно рассеивать лазерный луч, поглощать его или взаимодействовать с ним как-то иначе. Луч света за стотысячную долю секунды пройдет расстояние, равное длине плеча интерферометра.
В конце плеч с помощью тончайших нитей необходимо подвесить очень хорошие зеркала. Подвеска зеркала должна быть устроена так, чтобы позволить ему почти свободно перемещаться в поперечном направлении. Когда пространство будет осциллировать (колебаться), зеркало начнет свободно качаться, повторяя колебания пространства, подобно пробке на волнах.
Подвешенные таким образом зеркала отражают свет обратно, туда, откуда он пришел, чтобы два луча смогли соединиться в начальной точке. При интерференции лучей света световые волны могут складываться, образуя светлое пятно, и могут вычитаться друг из друга, образуя темное пятно. Вместе чередующиеся темные и светлые пятна создают интерференционную картину. Если одно из плеч интерферометра немного удлинится, а другое станет чуть-чуть короче, то интерференционная картина изменится, отражая малейшую разницу в пройденном световыми лучами расстоянии, равную доле радиуса ядра атома водорода, или разницу во времени распространения света, равную одной тысячной триллионной от триллионной доли секунды. Ну вот, теперь у вас есть рабочий интерферометр.
Построили? Хорошо. А теперь повторите все операции заново. Потому что вам нужны два интерферометра.
По меньшей мере, два. Расположите второй подальше от первого. Второй прибор служит не только для подтверждения регистрации сигнала, но и для выяснения местонахождения источника звука. Польза от наличия на Земле двух детекторов сравнима у человека с пользой от обладания двумя ушами.
Итак, еще раз. Построить тоннели в форме буквы Г. Создать вакуум. Посветить лазером. Подвесить несколько зеркал. Заставить свет рекомбинировать. Исключить помехи. Записать звуки. Все просто.
Легче легкого.
Вы же уже почти поверили, что тут нет ничего сложного. Рай Вайсс начал с элементарной идеи: давайте подвесим зеркала таким образом, чтобы они свободно парили в пространстве и качались на его волнах. А затем вокруг свободно парящих зеркал построим интерферометр. Не так давно Рай, ругаясь на чем свет стоит, выскочил из лаборатории прямо в процессе настройки в одной из обсерваторий улучшенного детектора LIGO. Увидев это, кто-то из коллег, не зная, что сказать, бросил лениво: “Ну, Рай, как дела?”
“Машина чертовски сложная, – прокричал Рай на ходу, даже не взглянув на спросившего. – Охренеть можно, до чего сложная!”
Глава 7“Тройка”
Принципы академической этики повсюду одинаковы, независимо от специфики области научных исследований. В сообществе ученых делать ложные утверждения сродни преступлению. Проверяемость является основой любого научного знания. Фальсификация данных эксперимента не принесет вам славы. Если вы в этих данных видите искомый сигнал, а весь мир этого сигнала не наблюдает, то это не сулит вам ничего хорошего в плане научной карьеры. Вебер, должно быть, верил в собственную статистическую интерпретацию своих данных. Я не думаю, что он намеренно исказил свои результаты, скорее всего так не думает и большинство ученых, однако полностью отбрасывать этот вариант не следует.
После неудачной истории с “открытием” Вебером гравитационных волн у Рая Вайсса, Кипа Торна и Рона Древера были все основания дистанцироваться от этой темы, чтобы никоим образом не запачкать свою безупречную научную репутацию. Однако каждый из них считал, что направление исследований, указанное Вебером, таит в себе сокровища огромной ценности. Рону потребовалось некоторое время для рассмотрения альтернативных возможностей – и только после этого он обратился к интерферометру. Рай зацепился за идею использования интерферометра для поиска гравитационных волн. А Кип, прежде чем с головой окунуться в новый проект, отправился за консультацией к экспериментаторам.
В своей книге “Черные дыры и складки времени” Кип цитирует Эйнштейна: “Годы исканий в незнаемом истины, которую ощущаешь, но не можешь выразить, жгучее желание и колебания от веры до опасения, что кто-то еще достигнет ясности и понимания, известны только тому, кто сам испытал это на себе”. Быстрый подъем Вебера к славе и его болезненное публичное поражение должны были вызвать у этих троих чувство опасения. В то время многие экспериментаторы покинули данную область исследований. Общество вряд ли бы одобрило идею инвестирования – забавы ради – вполне реальных долларов в новые технологии. Антенны Вебера были хотя бы дешевы, в отличие от интерферометра, который невозможно построить из обрезков линолеума или старых аккумуляторов из шотландского гаража. Ученые боялись рисковать, и потому многие из них тему поиска гравитационных волн посчитали для себя закрытой.
Но Кип, Рон и Рай были охвачены “жгучим желанием” продолжить поиск, продолжить борьбу за “истину, которую человек ощущает, но не может выразить”. Они упорно трудились, и их “годы исканий истины в незнаемом” превратились в десятилетия, что было гораздо большим сроком, чем сами они изначально предполагали. Эти трое исследователей стремились добиться “ясности и понимания”. Они были одержимы идеей, и им не могла помешать ситуация, сложившаяся после крушения надежд Вебера. Вдобавок их мотивировала конкуренция между группами. Отступиться никто из них не мог. Путь был один – к вершине.
Пока Рон Древер и Стэн Уиткомб, активно поддерживаемые Кипом, строили 40-метровый прототип установки в Калифорнийском технологическом институте, Рай продолжал собственные разработки. Несмотря на то, что группы, трудившиеся в Калтехе и МТИ, тесно общались между собой, каждая из них вела самостоятельные исследования на совершенно различных прототипах, основанных на разных технических решениях. Рон, во всяком случае, полагал, что Рай ему в каком-то смысле соперник. На Рона произвели сильное впечатление ранние работы Рая, и мне очень жаль, что я не смогу, цитируя Рона, воспроизвести его шотландский акцент: “У него давно уже было много всякого, у него были вакуумные резервуары, лазер, много чего важного давно было сделано. Странно только, что он с этого никуда не сдвигался. целые годы”.
Раю недоставало денег, недоставало мощной поддержки. Вот что он рассказывает:
– Я отлично помню, как пытался объяснить коллегам в отделе, почему хочу искать гравитационные волны и черные дыры. Но мне отвечали, что никаких черных дыр не существует. Мол, забудь об этом.
И это ответ на вопрос, отчего LIGO не была построена в Массачусетском технологическом институте. Мои друзья по факультету не выступали против проекта, но в институте были влиятельные люди, которые большую часть своей жизни упорно считали, что все, что рассматривалось в качестве доказательств существования черных дыр во Вселенной, может быть разъяснено без самих черных дыр. И это определяло тон дискуссий в МТИ. Атмосфера была полностью отравлена. В общем, МТИ не было тем местом, где к современной гравитации относились доброжелательно.
Первые аспиранты Рая, писавшие диссертации по гравитационным волнам, получали отрицательные отзывы из своих диссертационных советов. Полутораметровый прототип интерферометра, над которым они работали, не был настолько чувствительным, чтобы зарегистрировать сигналы от истинных астрофизических источников. Он не уловил бы даже звуков взорвавшегося Солнца. Один из членов совета съязвил: можно увидеть гораздо больше, просто глядя в окно. Рай до сих пор не в состоянии забыть эту обидную реплику. И при разработке технологии прототипа, и при разработке алгоритмов для анализа гипотетических данных командой Рая была проявлена невероятная изобретательность. Один студент занимался поиском взрывающихся звезд, другой – столкновениями черных дыр. И хотя чувствительность прибора была на шесть порядков грубее, чем требовалось для обнаружения этих источников, у них существовали планы на будущее. “Однако ребятам внушали мысль о том, что необходимо получить физический результат”. Рай и его ученики просто не могли делать научные утверждения. Они были не в состоянии внести свой вклад в современную астрофизику.