Как любовь к радиолампам, женщинам и физике породила уникальный синтез

Монтаж оборудования лазерной интерференционной обсерватории LIGO требует стерильных условий. Фото с сайта www.ligo.org

Начало прошлого века фонтанировало идеями, проверить которые не было никаких возможностей в силу примитивности научного инструментария. Однако Нильс Бор постулировал квантовые скачки, опровергавшие идею Эйнштейна о свободном падении электрона на ядро.

Экспериментальное измерение гравитационных волн ждало целый век. Сделал это Райнер Вайсс, родившийся в 1932 году в Берлине. Его отец, Фридрих, был невропатологом, а мать, Гертруда, – актрисой. Ярый коммунист Фридрих Вайсс выступил в суде против одного из нацистских шарлатанов от медицины. Жене отважного марксиста пришлось использовать все связи, чтобы его отпустили, и семья бежала в Прагу, где родилась сестра Сибилла, автор известных пьес.

В январе 1939-го, за два месяца до присоединения Чехии, Вайссы бежали в Нью-Йорк, где жили на Манхэттене. Там Фридриху Вайссу из-за незнания английского не удалось подтвердить свой врачебный диплом. Но он тем не менее стал со временем признанным психоаналитиком.

А вот Райнер нашел себе занятие. Паяльник, можно сказать, привел его к починке радиоаппаратуры с вакуумными лампами. Он занимался бесплатной починкой ворованных приемников. Ничего удивительного, что однажды его подобрали со сломанной ногой.

На улице Райнер не заработал себе репутации и соответствующего «лоска», поэтому престижная грамматическая школа Колумбийского университета не пожелала видеть его в списке своих учеников. Но у него была любящая мать, которая и убедила руководство в том, что те совершают стратегическую ошибку. Тем не менее Райнеру ставили на вид пропуски уроков и приводили в пример Мари Гелл-Манна из параллельного класса. В 1969-м Гелл-Манн получит Нобелевскую за свою идею кварков, из которых за счет сильных взаимодействий «склеиваются» протоны и нейтроны. В одном из интервью лауреат вспоминал, что однажды на семинаре его поразил молодой техник в синем халате, который встал после профессоров и начал излагать реальную физику! Вполне возможно, что это был именно Вайсс…

По окончании школы Райнер уехал в Бостон, чтобы поступить на электромеханический факультет Массачусетского технологического института (МIТ). Его мечтой было научиться подавлять шипение пластинок, вызываемое дефектами лака на их бороздках. Но учили его строить электростанции, поэтому учеба его не увлекла. К тому же студент увлекся 30-летней женщиной, которая стала его учить игре на пианино. Вслед за ней он уехал в Эванстон, что неподалеку от Чикаго. Позже он признался, что «она не могла жить с сумасшедшим». Пришлось вернуться в Бостон, где он узнал, что его отчислили из МIТ…

Физики Райнер Вайсс и его коллега Кип Торн – самые очевидные претенденты на Нобелевскую премию за открытие гравитационных волн. Фото Reuters

Восстановлению поспособствовал один из профессоров, с которым Вайсс сделал первый образец коммерческих атомных часов. В 30 лет талантливый ученый получил свою степень PhD, после чего увлекся изучением фонового излучения, оставшегося после Большого взрыва (СМВ – Cosmic Microwave Background). Тогда только и говорили о мазерах и лазерах, поэтому это увлечение молодого физика не удивляет. С помощью метеозондов он доказал неравномерность (анизотропию) фонового излучения Вселенной и его красное смещение по мере удаления от Земли. Два исследователя за это открытие получили Нобелевскую в 2006 году, и то, что Вайсс остался вне лауреатов, можно считать промахом Нобелевского комитета.

Страсть и отвага двигали Вайссом в его дальнейших поисках. Руководство МIТ попросило его прочитать лекцию студентам по общей теории относительности. Слушатели спросили об эксперименте, по ходу которого гравитационные волны, по идее, должны были «растягивать» алюминиевые цилиндры, заставляя их вибрировать наподобие камертона. Было даже заявлено, что волны обнаружены, но никто не смог воспроизвести результат. Райнер ответил, что более чувствительным будет перекрестие двух перпендикулярных лазерных лучей.

Можно указать на то, что гравитационные волны только при свободном падении вызывают «рябь» (ripples) эйнштейновского пространства-времени. Волны, ударяющие в лазерный луч, «прогибают» его, что приводит к удлинению проходимого им пути, которое можно уловить по задержке возвращения луча на детекторе. Ничего подобного не произойдет на втором лазере, вдоль которого идет волна (звучание струны возникает в результате перпендикулярного воздействия, но не продольного). Так разница во времени позволит зафиксировать прохождение «ряби».

Первый вариант двух лазерных интерференционных обсерваторий LIGO был пущен в 2002 году. От него многого ждали, но многолетние испытания ничего не дали, и большинство исследователей опустили руки. Но не Райнер Вайсс. Одним из главных препятствий стало попадание на детектор случайных фотонов, недостаточно глубокий вакуум в лазерных тоннелях, а также слабые компьютеры.

Понадобилось пять лет работы по апгрейду обсерваторий и 205 млн долл. (дополнительно к исходным 300 млн), чтобы 14 сентября 2015 года экспериментально-техническое подтверждение правоты Эйнштейна стало явью! Можно возмущаться «разбазариванием» народных средств, поскольку публике трудно объяснить связь между квантовыми скачками Бора и лазером в дисководе ноутбука.

Вайссу и его коллегам Кипу Торну и Рональду Древеру прочат Нобелевскую премию по физике если не в этом, то в следующем году. Они уже получили много наград. Перспективе вызова в Стокгольм виновник торжества не особенно рад: «Да это будет доставать меня гребаный год», – восклицает он, используя студенческий сленг («It will fuck me up for year»). Он не собирается менять свой серебристый фольксваген-жук, потому что хочет истратить 90% премиальных на помощь нуждающимся студентам.

Теоретиков же волнует совсем иное. Дело в том, что открытие гравитационных волн свидетельствует о таких масштабах энергии, которые до сих пор даже не мог себе представить человеческий мозг. Мы возомнили, что все знаем о расщеплении и синтезе ядер. Но существование глюонов, склеивающих кварки в протоны и нейтроны, говорит об обратном. Вайсс и его соавторы показали одно из направлений дальнейшего развития физики. Как в свое время Джордж Гамов с двумя друзьями – соавторами статьи «Альфа-бета-гамма» показали путь, на котором было открыто слабое свечение СМВ.