Блюз черных дыр и другие мелодии космоса
Издательство Corpus представляет книгу американского астрофизика и популяризатора науки Жанны Левин "Блюз черных дыр и другие мелодии космоса" (перевод Андрея Ростовцева).
Эта книга — не только хроника охоты за гравитационными волнами, за аудиозаписью истории Вселенной. Это еще и дань уважения донкихотскому, героическому, мучительному стремлению экспериментаторов к поставленной цели. Жанна Левин поставила перед собой трудную задачу — объяснить любознательному, но не слишком разбирающемуся в физике читателю, что такое черные дыры (о которых, конечно, все слышали, но не более того!) и гравитационные волны, предсказанные в 1916 году А. Эйнштейном. Много часов провела она в беседах с учеными, вплотную занимавшимися созданием крупнейших интерферометров — приборов, способных уловить звуки далекого космоса. Эта книга помогает нам понять, насколько извилистым и сложным был путь, который в конце концов привел к одному из величайших открытий последнего времени: к первой экспериментальной регистрации гравитационных волн наземными лазерными интерферометрами LIGO. Важность этого эпохального события была немедленно признана мировым научным сообществом. Барри Бэришу, Райнеру Вайссу и Кипу Торну в 2017 году была присуждена Нобелевская премия по физике за решающий вклад в создание детектора LIGO и открытие гравитационных волн.
Книга издана при поддержке "Книжных проектов Дмитрия Зимина".
Предлагаем прочитать отрывок из главы, в которой рассказывается о непростой истории строительства LIGO.
И всё же LIGO был крупнейшим проектом, когда-либо получавшим финансирование из Национального научного фонда, и для выделения таких денег требовалось специальное одобрение Конгресса. Хотя главное препятствие было уже преодолено, следовало готовиться к тому, что на пути проекта встретится много других препон. Рекомендации ННФ лишь положили начало длительной борьбе за проект в Конгрессе.
Нашлись конгрессмены, которые, по словам Робби, считали проект LIGO (а возможно, и науку в целом) пустой тратой денег. Конгресс приостановил выделение средств и тем самым заморозил работы по строительству установки. В течение двух лет Робби то и дело ездил в Вашингтон, добиваясь от Конгресса одобрения финансирования проекта. Со временем он стал довольно известной фигурой как среди капитолийских чиновников, так и среди членов комитетов по ассигнованиям.
Робби убедил руководство Калтеха в необходимости нанять на работу специального человека — лоббиста. (Этот ход и по сей день вызывает неприятие некоторых ученых.) Ему удалось найти настоящего профессионала, и они вдвоем, во всеоружии, отправились в Вашингтон, настроенные устранить любое препятствие. Однако Робби, прекрасно подготовленного к слушаниям в Комитете по науке, космосу и технологиям Палаты представителей, назначенным на 13 марта 1991 года, буквально ошеломили представленные на заседании контраргументы. Выступивший там авторитетный астроном Тони Тайсон дал проекту убийственную характеристику.
Тони Тайсон начал работать в области физики гравитационных волн в 1971 году, когда построил свою собственную версию антенны Вебера. Он проводил эксперименты в течение нескольких лет, и единственным событием, которое ему удалось зарегистрировать, было подземное испытание ядерного оружия на Аляске. В вертикальную шахту тогда сбросили почти пятимегатонную ядерную бомбу. В результате детонации окружающая шахту земная поверхность менее чем за секунду поднялась на пятнадцать метров вверх, и взрывная волна, распространяясь вокруг Земли, несколько раз заставила откликнуться лабораторный прибор Тони. К тому времени, когда проект LIGO обсуждался в Конгрессе, Тони уже переключился на другие научные направления, но всё еще считал себя экспертом в этой области.
Получив запрос на составление экспертного заключения от подкомитета по науке, он поначалу думал отказаться, но ему пригрозили судебной повесткой. И менее чем за месяц до слушаний он согласился подготовить инженерный расчет для оценки технологической целесообразности проекта.
Тони выступил в поддержку LIGO, во всяком случае — в защиту предложенных элегантных технологических решений. В тот день он заявил: "Если есть новое окно во Вселенную, мы должны в него заглянуть". Но вместе с тем он скептически отозвался о научной ценности проекта, высказав опасения, которые разделяли и многие другие, те, кто не особенно восхищался технологиями и боялся возможных рисков. Тони сравнил первое поколение детектора LIGO с более дешевыми установками, имевшими больший потенциал открытий, и предположил, что в ближайшие десятилетия астрономия и следующие поколения обсерваторий потребуют бюджета, значительно превышающего требуемые для LIGO 211 миллионов долларов. А еще он отметил, что такой большой бюджет запрашивается для установки, у которой на данный момент насчитывается всего четыре пользователя (это, по-видимому, Кип Торн, Рай Вайсс, Рон Древер и Робби Фогт. Ниже я привожу отрывок из его речи, произведшей неизгладимое впечатление:
"Представьте себе гравитационную волну, которая, пройдя огромное расстояние до Земли, кратковременно изменит это расстояние на величину меньше толщины человеческого волоса. В нашем распоряжении будет, пожалуй, не более чем несколько десятых долей секунды, чтобы провести измерение. И мы даже заранее не знаем, когда произойдет это бесконечно малое событие: в следующем месяце, в следующем году или через тридцать лет".
От Тони я узнала, что теперь он сожалеет о том, что заранее не известил Кипа или Робби о содержании своего выступления. По его словам, он приступил к рассмотрению запроса в самый последний момент, так что копию его доклада можно было получить лишь накануне слушаний.
"Ну, вообще-то, — говорит Кип Торн, — накануне слушаний он отправил в Калтех копию своего доклада через службу FedEx, но письмо пришло уже после отъезда Робби в Вашингтон. Так что ни Робби, ни кто-либо из нас не знал, что именно собирался сказать Тони Тайсон в Конгрессе. И мы оказались совершенно сбиты с толку".
Прочитав доклад Тайсона, Кип ночью позвонил ему, и у них состоялся очень тяжелый разговор. После этого была еще целая череда бессонных ночей. Тони подытоживает: "У Робби была довольно специфическая манера выражаться. Кип явно воспринял всё крайне болезненно. И потому мне тоже пришлось нелегко".
16 марта 1991 года Кип отправляет Тайсону мэйл, где защищает собственную оценку источников гравитационных волн и говорит, что был очень осторожен, когда рассматривал этот вопрос. Он пишет: "У меня есть сильные подозрения, что сложившееся у Вас и других астрономов впечатление, будто "мощность и частота возникновения гравитационных волн были значительно переоценены" [это цитата из доклада Тайсона в Конгрессе: Тайсон провел неформальный опрос астрономов, о чем потом сожалел], не имеет никакого отношения к оценкам, которые я сделал как в предложении эксперимента LIGO, так и в докладе на секции по астрономии и физике".
А в приписке Кип добавляет: "Я был бы не до конца честен, если бы не признался, что Ваше утверждение "были значительно переоценены" причинило мне нестерпимую боль. Эта боль не давала мне уснуть в течение последних нескольких суток. Я искренне считаю эти слова несправедливыми. В течение нескольких последних лет я предпринимал гигантские усилия ради того, чтобы [безупречно] честно и аккуратно рассматривать эту проблему. Пожалуйста, помогите мне понять, где конкретно я допустил ошибку, или же помогите исправить тот ущерб, который Вы нанесли проекту LIGO и моей репутации".
Три дня спустя Тони Тайсон направил Робби факс: "Я ИЗМЕНИЛ СВОЕ ПИСЬМЕННОЕ ЗАКЛЮЧЕНИЕ". Сплошь заглавные буквы. Он убрал слово "значительно" и добавил "в прошлом", так что измененная фраза звучала следующим образом: "Многие склоняются к тому, что мощность и частота возникновения гравитационных волн были в прошлом переоценены".
Заключение, подготовленное Тайсоном, заканчивается так: "Со своей стороны я должен признать, что подготовка данного заключения далась мне с большим трудом; у меня есть друзья по обе стороны проекта LIGO. Мы обязаны каким-то образом отыскать ресурсы для поддержания инновационного развития на всех уровнях — начиная от отдельных талантливых исследователей и масштабных инициатив, обещающих получение ценных научных результатов, и заканчивая рискованными, но обладающими большим потенциалом крупными научными проектами".
Робби вспоминает: "Тони действительно произвел шокирующее впечатление, и я от него такого не ожидал. Как хороший ученый он вызывал доверие. Мы находились с ним тогда, как и сейчас, в хороших отношениях. Но его доклад, так или иначе, имел разрушительную силу". Лоббист тогда наклонился к нему и шепнул на ухо: "Они вас, по сути, похоронили".
Из-за неопределенности роли проекта LIGO в большой науке — как правило, большая наука ассоциируется с физикой ускорителей, а не с астрономическими "обсерваториями" — появилось своеобразное движение анти-LIGO, участниками которого стали конгрессмены, сопротивлявшиеся выделению средств. Масштаб был таков: запрашиваемая сумма в 200 миллионов долларов в два раза превышала годовой бюджет Национального научного фонда, предназначенный для нужд астрономии. (Рич Айзексон полагал, что "подобное сравнение вводит в заблуждение. Не стоит сравнивать яблоки с апельсинами, а строительство большой физической установки, растянутое на много лет, — с годовым бюджетом, выделяемым на индивидуальные исследования".)
В зоне риска оказывалось финансирование меньших по масштабу научных проектов, обещавших значительную научную отдачу. LIGO и Национальный научный фонд парировали оппонентам: этот запрос будет определять новую бюджетную политику, и в долгосрочной перспективе научные проекты получат больше денег. Проекты, поддерживаемые ННФ, не потеряют ни единого доллара, зато в будущем появится больше свободных средств для развития перспективных научно-исследовательских установок. И все-таки влиятельные астрофизики из Принстонского университета Джон Бакал и Джерри Острайкер не одобрили строительство обсерватории LIGO. "В Принстоне против меня зрел заговор. Там были убеждены, что проект LIGO заберет деньги, выделяемые на астрономию. Что ж, благородный аргумент", — пожимает плечами Робби.
Рай рассказывал мне, что слово "обсерватория" в названии проекта вызывало озабоченность по причинам характера философского (сложно назвать что-то обсерваторией, если ты ничего не наблюдаешь), экономического (упомянутая выше конкуренция за средства с другими, намного более экономичными, обсерваториями) и социального (проект, будучи скорее физическим, чем астрономическим, не имел права на астрономическое название). Рай признает, что его доля вины в этом есть, но тут же задается вопросом — что было бы, если бы название изменилось на "физическую установку" или "эксперимент"? Согласитесь, аббревиатуры LIGF и LIGE не столь благозвучны, как LIGO.
Кампания анти-LIGO задерживала начало строительства обсерватории. Робби нужно было заручиться поддержкой влиятельных конгрессменов, и первым из таковых стал Джордж Митчелл, лидер большинства в Сенате, желавший построить LIGO в штате Мэн. Профессиональные геологи, помогавшие LIGO подыскать две площадки для эксперимента, назвали штат Мэн идеальным местом, но строительство там должно было обойтись несколько дороже, чем изначально планировалось, поскольку требовалось провести немало подготовительных земельных работ. Митчелл пообещал собрать дополнительные деньги, устроив специальный выпуск облигаций. Кроме того, штат согласился вложить в проект шесть миллионов долларов.
Робби спросил: "Зачем вам, далеко не самому богатому штату, выпускать облигации ради какого-то никому не известного LIGO?" Митчелл ответил: "Ради репутации". Штат Мэн хотел поддерживать различные высокотехнологичные и биомедицинские проекты, и было решено, что LIGO им как раз подходит. Власти штата намеревались на примере LIGO продемонстрировать собственные бескорыстие и самоотверженность.