Представьте идеально плоское пространство-время, где на плоскости лежит круглое кольцо из частиц. Я представляю его как плоскость экрана своего компьютера. Частицы нужны только для того, чтобы сделать видимым невидимый пространственно-временной континуум. Если гравитационная волна проходит прямо в экран или из экрана, кольцо частиц, следуя искривлению пространства-времени, попеременно слегка сдвигается в вертикальном и горизонтальном направлениях, и этот сдвиг повторяется с определенным периодом (илл. 53)
[321]. Гравитационные волны, как и все прочие, характеризуются амплитудой, частотой, длиной и скоростью. Амплитуда – это величина смещения кольца частиц при прохождении волны. Частота показывает, сколько раз за секунду растягивается или сжимается кольцо. Длина волны – это расстояние вдоль волны между точками максимального растяжения или сжатия. Волны движутся в космосе со скоростью света, деформируя физические тела, при этом проходя сквозь них, словно тех не существует
[322].
По аналогии мы представляем, как круг сплющивается и растягивается в эллипс, но это весьма преувеличенное реальное искажение для типичной гравитационной волны. Воображаемое кольцо из частиц отклоняется от формы круга на 10–21 – одна частица из тысячи миллиардов миллиардов! Казалось бы, невозможно поставить эксперимент, где регистрировалось бы такое ничтожно слабое волнение пространственно-временного континуума.
Сам автор теории, предсказавшей гравитационные волны, сначала не верил, что они реальны. Как мы узнали, Эйнштейн отрицал существование черных дыр и недооценивал гравитационное линзирование. В 1916 г. по совету своего коллеги Анри Пуанкаре он провел аналогию с электромагнетизмом. Когда электрическая цепь движется туда-сюда, то колебательное возмущение создает электромагнитную волну – например, свет. Эйнштейн знал, что материя искривляет пространство, и представлялось логичным, что движущаяся материя вызывает в пространстве колебательное возмущение.
При разработке этой идеи Эйнштейн столкнулся с большими проблемами. Аналогия неверна, поскольку электрический заряд может быть положительным и отрицательным, а в области гравитации нет такой вещи, как отрицательная масса. Эйнштейн упорно бился над координатными системами и приближениями, чтобы выполнить необходимые расчеты. Он «спроектировал» три типа волн и потерпел полный крах, когда Артур Эддингтон доказал, что две волны являются математическими артефактами, способными перемещаться с любой скоростью. Не теряя серьезности, Эддингтон шутил, что они могут даже «распространяться со скоростью мысли»
[323].
К 1936 г. Эйнштейн собрался с духом. Всякий раз, когда он пытался написать формулу плоской волны, как в нашей аналогии с экраном компьютера, он сталкивался с сингулярностью, где уравнения выходили из-под контроля, а значения становились бесконечными. Вместе с Натаном Розеном, своим студентом в Принстоне, он написал статью под названием «Существуют ли гравитационные волны?», в которой ответил на поставленный вопрос эмоциональным «Нет!». Он подал статью в престижный журнал Physical Review и был ошеломлен, когда анонимный рецензент отверг ее и указал на несколько ошибок. Прежде Эйнштейн никогда не сталкивался с рецензированием со стороны коллег, в Германии его статьи публиковались без вопросов. Он написал редактору гневное письмо: «Мы (мистер Розен и я) послали вам свою рукопись для публикации и не уполномочивали вас показывать ее специалистам до того, как она будет напечатана. Я не вижу причин, по которым я должен реагировать на комментарии вашего анонимного эксперта – в любом случае они ошибочны»
[324].
Однако Эйнштейн заблуждался, и другой его молодой коллега указал на ошибку – по иронии судьбы, за день до выступления ученого в Принстоне с лекцией «Невозможность существования гравитационных волн». Когда Эйнштейн и Розен напечатали исправленную статью в другом журнале, физики разделились на два лагеря
[325]. Многие считали гравитационные волны математическим конструктом, не имеющим отношения к физике, однако после первоначальных сомнений сам Эйнштейн уверился в том, что они реальны. Его теория была успешной, и он постепенно начал доверять собственным предсказаниям.
Эксцентричный миллионер и инженер-одиночка
Рябь пространственно-временного континуума так трудно обнаружить, что физика игнорировала ее. В течение 20 лет после публикации статьи Эйнштейна и Розена идея была задвинута в дальние ящики физической эзотерики, но потом ей заинтересовался эксцентричный американский миллионер Роджер У. Бабсон. Если вы никогда не думали, что физика может сделать вас богатым, обратите внимание на эту историю.
Интерес Бабсона к гравитации начался с семейной трагедии. Его старшая сестра утонула в младенчестве, и он впоследствии заметил, что это случилось потому, что она не смогла справиться с гравитацией. Он строил карьеру, применяя собственную версию законов Ньютона к торгам на бирже. «Все, что поднимается, обязательно упадет, – говорил он, добавляя: – А каждое действие вызывает реакцию»
[326]. Он предугадал биржевой крах 1929 г. и всегда ухитрялся покупать дешевые акции в момент роста и продавать их до падения цены
[327]. По словам Бабсона, своими миллионами он обязан гравитации.
В 1949 г. Бабсон основал Фонд изучения гравитации и проспонсировал популярный конкурс работ о способах противодействия или нейтрализации гравитации. Разумеется, победителями стали не самые выдающиеся научные труды. В рекламных материалах фонда победа над гравитацией рассматривалась в контексте хождения Иисуса по воде
[328]. Уважаемые физики в нем не участвовали, а популяризатор науки Мартин Гарднер назвал фонд «пожалуй, самым бесполезным проектом XX в.»
[329].
