Человечество стоит на пороге открытия величайших тайн Вселенной, которые веками оставались скрытыми от взора традиционных телескопов. Ключом к этому станет Einstein Telescope — грандиозная машина, строительство которой должно начаться в ближайшие годы, а запуск намечен на 2035 год. Профессор Гидеон Кукук (Gideon Koekoek) уверен: те, кто получит Нобелевскую премию за работу с этим прибором в 2040-х годах, сегодня ещё учатся в средней школе .
🕸️ Эластичная реальность: почему пространство может «танцевать» 5:51
Традиционно под «пространством» люди понимают либо пустоту космоса, либо просто расстояние в метрах и километрах между точками А и Б . Однако в 1915–1916 годах Альберт Эйнштейн осознал революционную вещь: пространство эластично .
Гидеон Кукук объясняет это на примере пружины-слинки: если два человека стоят на расстоянии трёх метров друг от друга, это расстояние не фиксировано. Пространство само по себе может растягиваться и сжиматься, заставляя объекты двигаться вместе с ним . Если пространство можно растянуть, значит, его можно заставить колебаться. Эти колебания и есть гравитационные волны.
По словам профессора, это дает нам возможность «чувствовать» присутствие объектов во Вселенной, даже если мы их не видим . Гравитационные волны позволяют измерить массу объекта, расстояние до него и характер его движения без использования света.
🛤️ Невидимые «рельсы» Вселенной и парадокс массы 12:19
Чтобы понять, почему пространство искривляется, Гидеон Кукук предлагает вернуться к законам Ньютона. Масса в физике имеет два фундаментальных значения, которые природа, по выражению профессора, «любит повторять» :
- Гравитационная масса: определяет, с какой силой объект притягивается к другим телам (например, Луна к Земле) .
- Инертная масса: определяет сопротивление объекта любому изменению движения (попытка сдвинуть тяжелый предмет с места) .
Эти два эффекта в точности компенсируют друг друга. В результате любой объект — будь то Луна, яблоко или сэндвич с сыром — на одной и той же орбите будет двигаться по одной и той же траектории .
Гидеон Кукук называет это «универсальными невидимыми рельсами», вплавленными в саму ткань пространства .
- Масса не просто «тянет» другие объекты.
- Масса искривляет пространство, создавая эти «рельсы».
- Всё, что находится в пространстве, вынуждено следовать его кривизне.
Доказать это искривление, не покидая пределов Вселенной, можно с помощью геометрии. Если нарисовать треугольник на плоской поверхности, сумма его углов составит 180 градусов. Но если нарисовать его на искривленной поверхности (например, на глобусе), правила Евклида перестают работать: сумма углов изменится, а стороны растянутся .
🌫️ За пределами света: 96% невидимой Вселенной 32:17
Современная космология столкнулась с серьезным противоречием. Если измерить массу Вселенной по количеству излучаемого ею света (звезды, галактики), мы получим лишь около 4% от того, что должно существовать . Остальные 96% — это темная материя и темная энергия.
Оба спикера и научное сообщество сходятся во мнении, что мы можем фиксировать присутствие этой невидимой массы только через искривление пространства . Гравитационные волны — это инструмент, который позволит «увидеть» то, что в принципе не излучает свет, например, черные дыры или загадочную темную материю.
Еще одна фундаментальная преграда — «стена» первого света. В течение первых 400 000 лет после Большого взрыва Вселенная была настолько горячей и плотной, что свет не мог свободно перемещаться . Профессор сравнивает это с облаком, которое удерживает капли воды, пока не станет достаточно холодно, чтобы пошел дождь :
- В ранней Вселенной водород удерживал свет («синие» фотоны высокой энергии) .
- По мере расширения пространства свет «растягивался» и становился более красным .
- Когда свет стал достаточно «красным» (холодным), водород перестал его удерживать, и Вселенная стала прозрачной .
Гравитационные волны, в отличие от света, способны проходить сквозь эту плазму . Они несут в себе информацию о том, что происходило в первые доли секунды существования Вселенной, куда свету путь заказан.
📐 Einstein Telescope: машина, которая услышит шепот космоса 53:21
Гравитационные волны невероятно малы. Профессор приводит наглядную аналогию: если взять толщину человеческого волоса, разделить её на миллион частей, а затем одну из этих частей разделить еще на 10 000 — это и будет масштаб гравитационной волны .
Для их измерения используется лазерная интерферометрия. Луч лазера направляется между зеркалами, и малейшее изменение расстояния (вызванное проходящей волной) меняет интерференционную картину . В ходе демонстрации Кукук показал, что даже легкое нажатие мизинцем на массивную металлическую плиту прибора мгновенно меняет рисунок лазерных полос на экране .
Первая гравитационная волна была поймана в 2015 году, за что в 2017 году была вручена Нобелевская премия . Но существующие детекторы (LIGO в США, Virgo в Италии, KAGRA в Японии) фиксируют в среднем 100 событий за 10 лет .
Einstein Telescope (ET) изменит правила игры:
- Масштаб: Длина плеча составит 10 км (против 3-4 км у текущих детекторов) .
- Конструкция: Прибор будет иметь форму треугольника и располагаться глубоко под землей для минимизации сейсмических шумов .
- Технологии: Использование вакуума, экстремального охлаждения и сверхточных лазеров .
- Чувствительность: ET сможет фиксировать до 100 гравитационных волн ежедневно .
🇪🇺 Будущее проекта и европейская наука 57:10
На данный момент рассматриваются два основных места для строительства Einstein Telescope: итальянский остров Сардиния и пограничный регион на юге Нидерландов (провинция Лимбург) . Решение остается за политиками, но Кукук подчеркивает, что это будет общеевропейский проект, объединяющий усилия Франции, Италии, Нидерландов, Бельгии и других стран .
В Маастрихте уже запущен ETpathfinder — уменьшенная копия телескопа для тестирования технологий лазеров, вакуумных систем и алгоритмов .
По мнению Гидеона Кукука, запуск Einstein Telescope станет таким же прорывом, как первый телескоп Галилея или первый микроскоп . Мы не только увидим уже известные объекты лучше, но и неизбежно столкнемся с феноменами, о существовании которых сегодня даже не подозреваем .
«Нам нужны люди с незамыленным взглядом, чтобы осмыслить то, что мы увидим», — резюмирует профессор, приглашая молодое поколение присоединяться к изучению физики .
