# Джанна Левин: «Мы услышали, как черные дыры бьют по пространству, словно по барабану» Источник: https://www.youtube.com/watch?v=kdoxAdvvom4 Канал: Perimeter Institute for Theoretical Physics Опубликовано: 04.05.2017 --- Джанна Левин, астрофизик и профессор Барнард-колледжа, открывает перед нами новую эру в астрономии — эпоху, когда мы перестали быть только зрителями Вселенной и стали её слушателями. В своей лекции в Perimeter Institute она рассказывает о триумфе коллаборации LIGO, который спустя 100 лет после предсказаний Эйнштейна позволил зафиксировать «песню» сталкивающихся черных дыр. ## 🌌 Вселенная за пределами света [[JUMP:05:59]] Традиционно астрономия была наукой визуальной. Начиная с Галилея, направившего телескоп в небо [06:52], человечество собирало свет — электромагнитное излучение от звезд, квазаров и далеких галактик. Современные обзоры, такие как Sloan Digital Sky Survey, позволяют реконструировать Вселенную с миллиардами галактик, каждая из которых содержит сотни миллиардов звезд [08:10]. Тем не менее, Джанна Левин подчеркивает, что большая часть космоса остается темной: * **Темная материя и темная энергия:** Они составляют основную часть Вселенной, но не излучают свет [09:06]. * **Черные дыры:** Около 1% всех звезд в конечном итоге превращаются в черные дыры. Это объекты чистой гравитации [09:32]. До недавнего времени мы видели черные дыры только косвенно, наблюдая за их влиянием на окружающую материю, например, по гигантским джетам, выбрасываемым из центров эллиптических галактик [10:37]. Однако если черная дыра находится в пустом пространстве, она абсолютно невидима для телескопов. ## 🎢 Счастливая мысль Эйнштейна и кривизна пространства [[JUMP:11:32]] Чтобы понять природу гравитационных волн, Левин обращается к Альберту Эйнштейну. Его ключевым озарением стал мысленный эксперимент со свободным падением. Если оборвать трос лифта, человек внутри будет чувствовать себя невесомым, как астронавт на МКС [12:35]. Основные выводы этой концепции: 1. **Гравитация — это падение:** Свободно падающее тело не чувствует своего веса. Тяжесть, которую мы ощущаем в кресле, — это не гравитация, а сопротивление пола нашему падению [15:14]. 2. **Искривление пространства-времени:** Материя и энергия не просто «притягивают» объекты, они меняют геометрию пространства вокруг себя [17:10]. Планеты движутся по орбитам, потому что это кратчайшие прямые пути в искривленном пространстве. Черная дыра — это область, где кривизна настолько велика, что пути всех частиц, включая свет, ведут внутрь [19:25]. По словам Левин, падение в черную дыру массой с Солнце заняло бы около микросекунды до достижения сингулярности [22:09]. При этом внутри черной дыры не темно: падающий туда человек увидел бы вспышку света от всей материи, упавшей следом [21:32]. ## 🎵 Как звучит пространство: Гравитационные волны [[JUMP:23:26]] Если массивный объект, искривляющий пространство, начинает резко двигаться или вращаться вокруг другого объекта, он создает рябь — гравитационные волны. Левин сравнивает это с рыбой, мечущейся в пруду, или с ударом маллет (колотушек) по барабану [33:26]. История их открытия была драматичной: * **Скепсис Эйнштейна:** Между 1916 и 1936 годами Эйнштейн несколько раз менял мнение, то доказывая существование волн, то опровергая его [24:35]. Он считал, что эти эффекты слишком слабы, чтобы их когда-либо удалось измерить. * **Провал Джо Вебера:** В конце 60-х Джо Вебер заявил об открытии волн с помощью алюминиевых цилиндров («баров Вебера») [25:54]. Однако никто в мире не смог повторить его результат, и ученый подвергся жестокой критике, защищая свои данные следующие 30 лет [28:10]. ## 🏗️ Проект LIGO: 50 лет борьбы за тишину [[JUMP:28:50]] Идея современного детектора принадлежит Рэю Вайсу из MIT. Он предложил использовать лазерный интерферометр: подвешенные зеркала должны «качаться» на гравитационной волне, а лазер — фиксировать это микроскопическое изменение расстояния [29:30]. Строительство LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) стало одним из самых сложных инженерных вызовов в истории: * **Масштаб:** Две Г-образные вакуумные трубы длиной по 4 км в Луизиане и Вашингтоне [31:16]. * **Чувствительность:** Приборы должны фиксировать колебания зеркала на расстоянии, которое в 10 000 раз меньше диаметра протона [44:14]. * **Помехи:** Детектор слышит всё — от землетрясений в Китае до шума ветра и проезжающих грузовиков [32:09]. Левин описывает курьезные и опасные случаи в истории LIGO: от охотников, обстрелявших трубы в Луизиане [38:01], до охранника, который едва не протаранил джипом вакуумную камеру [36:24]. Рэй Вайс в августе 2015 года заявил: «Если мы не обнаружим черные дыры, этот проект — провал» [33:00]. ## 💥 Столкновение через миллиард лет [[JUMP:40:04]] 14 сентября 2015 года, всего через час после того, как инженеры завершили настройку оборудования и разошлись по домам, через Землю прошла гравитационная волна [40:17]. **Параметры зафиксированного события:** * **Источник:** Столкновение двух черных дыр массами около 29 и 36 солнечных масс [40:44]. * **Дистанция:** Событие произошло 1,3 миллиарда лет назад. * **Энергия:** В момент слияния мощность гравитационного излучения превысила светимость всех звезд в видимой Вселенной вместе взятых [44:56]. * **Длительность:** Финальная фаза слияния, которую мы услышали как короткий «чирп» (восходящий тон), длилась всего 1/5 секунды [41:12]. Джанна Левин демонстрирует, что частота этих колебаний совпадает с человеческим слуховым диапазоном. Мы буквально слышим, как пространство «гудит» под ударами колоссальных масс. Второе событие было зафиксировано на Рождество (26 декабря 2015 года) — столкновение чуть менее массивных дыр, давшее более высокий «звук» [42:51]. ## 🔚 Будущее: Новая аудиокарта космоса [[JUMP:54:21]] Открытие гравитационных волн — это не просто подтверждение теории Эйнштейна. По мнению Джанны Левин, это начало новой главы в науке. Подобно тому как Галилей не мог предвидеть открытие квазаров, современные ученые только догадываются, что еще они могут «услышать» [54:48]. В планах ученых: * Детектирование взрывов сверхновых, которые могут звучать иначе, чем предсказывают модели [47:55]. * Космические детекторы для поиска сверхмассивных черных дыр в центрах галактик [50:48]. «Мы услышали, как сталкиваются черные дыры, — заключает Левин. — Это декларация того, что мы были здесь, стремились к пониманию, часто ошибались, но иногда достигали успеха» [46:14].