Альберт Эйнштейн в своей теории относительности обосновал существование гравитационных волн – своеобразной “ряби”, искривляющей пространство и время и распространяющейся со скоростью света. С тех пор физики всего мира пытаются доказать существование этих волн экспериментальным путем, “поймать” гравитационную волну. Предполагается, что это открытие перевернет наши знания о Вселенной, поможет постичь какие-то из ее до сих пор не познанных тайн. Научный центр гравитационно-волновых исследований “Дулкын” Академии наук Татарстана не остался в стороне от этих изысканий.

Глава первая, обзорная

Многие страны тратят на поиск гравитационных волн огромные деньги. При этом ученые идут к заветной цели разными путями. Например, американский проект LIGO или итало-французский VIRGO пытается поймать волны от так называемых вспышечных источников, а конкретнее – ждут взрыва сверхновой звезды, причем достаточно близко к Земле. Зафиксировать волны должны одновременно несколько детекторов. Что они из себя представляют? Скажем, в Штатах – это интерферометр, в котором полупрозрачное диагональное зеркало расщепляет лазерный луч на два луча, распространяющихся перпендикулярно друг другу внутри двух четырехкилометровых вакуумных каналов. В конце каждого канала свободно подвешены отражающие зеркала. Из каналов выкачан практически весь воздух – создан космический вакуум, и между зеркалами бегает измеритель расстояния – луч лазера. Задача экспериментаторов – зафиксировать отклонение зеркал от неподвижного состояния на миллиардную долю от размера атома водорода.

Вся эта конструкция стоит безумных денег. Между тем в год вспышек сверхновых в обозримой части Вселенной происходит не больше десяти, точного их времени и места не знает никто, а постоянно держать в действии сложнейшую систему непросто.

Есть другой путь, когда пытаются поймать сигнал от низкочастотных бинарных источников. Это когда две звезды вращаются друг вокруг друга и при этом (так предсказывает теория) излучают гравитационные волны, только более низкой частоты, чем при вспышке. Правда, сигнал от таких звезд (хоть во Вселенной их и немало) слабее, чем от вспышечных источников, зато точно известны все параметры возможного источника излучения и можно настроиться на определенную частоту, а не “дергаться” вслепую в необъятном их (частот) диапазоне. На этом принципе основан международный европейский проект LISA, запуск которого запланирован на 2015 год. Предполагается построить в космосе равносторонний треугольник из спутников со стороной – вдумайтесь! – в 5 миллионов километров (с точностью до миллиметра). От пойманной гравитационной волны спутники должны начать колебаться – опять же с амплитудой, которую не то что увидеть, представить себе невозможно…

Глава вторая, казанская

Как видим, все эти (и еще ряд других проектов) очень затратны, не случайно большинство западных исследователей осуществляют их совместно. Казанские ученые из центра “Дулкын”, образованного по решению татарстанского Правительства еще в 1991 году, в средствах изначально были ограничены – как и вся наша фундаментальная наука того времени. Собственно, и сейчас эта ситуация не сильно изменилась, но об этом позже. Пока же скажем еще раз – да, у наших физиков не было огромных средств, зато у них была мощная теоретическая база в лице Казанского государственного университета – единственного вуза в стране, где существует кафедра теории относительности и гравитации. И неудивительно, что она здесь существует – ведь именно в Казани великий математик Николай Иванович Лобачевский создал теорию неевклидовой геометрии, на которую затем опирался в своих исследованиях Эйнштейн.

Основываясь на теоретических достижениях предшественников, в условиях ограниченного финансирования казанские физики разработали и предложили научной общественности собственный оригинальный метод – как можно обнаружить гравитационные волны низкой частоты, не забираясь в космос. Вспомните суть американского эксперимента – там луч лазера, бегающий между двумя зеркалами, является измерителем расстояния.

– Но ведь логично предположить, что лазерный луч и сам попадает под действие гравитационных волн, и это воздействие можно зафиксировать, – рассказывает директор центра “Дулкын” Зуфар Мурзаханов.

На этом принципе и основан создаваемый в центре гравитационно-волновой детектор. За прототип этого детектора первого уровня “ГВД-1” научный центр в 2005 году получил золотую медаль выставки инновационных исследований и новых технологий в Брюсселе. Казанский прибор, в отличие от сложных западных конструкций, умещается на столе, но требует длительного, не менее полугода, времени накопления сигнала. Внутри детектора – зеркала, установленные на упругом основании, между ними бегают два лазерных луча по разным траекториям. Но чтобы зафиксировать какие-то изменения в поведении этих лучей, нужно максимально изолировать любое внешнее воздействие. И тут казанским физикам повезло – их партнером по проекту выступил Государственный институт прикладной оптики (ГИПО), в распоряжении которого еще с советских времен сохранилась прекрасная инфраструктура для научных экспериментов. Например, лаборатория на глубине 12 метров, надежно изолированная от внешних шумов. Чтобы специально обустроить помещение на такой глубине, сегодня даже по зарубежным меркам нужны немалые деньги, поэтому подобных лабораторий в мире – буквально единицы. Так что для центра “Дулкын” подземелье ГИПО стало просто подарком из советского прошлого. К тому же в институте есть превосходные специалисты, чьи опыт и возможности позволяют ставить и проводить самые тонкие физические эксперименты.

Кабину, в которую поместили прибор, внутри и снаружи покрыли специальными изоляционными материалами, что позволило поддерживать суточный дрейф температуры менее сотой доли градуса. Экспериментальную установку разместили на специальном основании для снижения сейсмических вибраций. Напомним: воздействие гравитационной волны выражается в ничтожно малых изменениях, вот почему так важно максимально изолироваться от любого внешнего воздействия. И даже во внешнюю комнату, что непосредственно примыкает к кабине с установкой, никто не допускался – управление экспериментом проводилось дистанционно из специального помещения на первом этаже здания.

Эксперимент, которому физики присвоили поэтическое название “Лунный тест”, стартовал в сентябре прошлого года, и полгода приборы фиксировали все происходящее внутри детектора.

– Поскольку наш прибор является детектором первого уровня, то есть его чувствительность достаточно мала, мы на этом этапе не ставили себе целью поймать гравитационную волну, – говорит ученый секретарь и ведущий научный сотрудник центра Ринат Даишев. – Чтобы был шанс ее зафиксировать, чувствительность прибора необходимо увеличить в миллион раз. Наша первоочередная задача была, во-первых, доказать, что прибор работоспособен – и полугодовая его работа без сбоев тому подтверждение. Второе – на той частоте, на которой “ловим” гравитацию мы, пока никто в мире не работает – европейскую систему LISA запустят только в 2015 году. А наш прибор уже действует, и мы пока первые на этой тропе!

Более того, в отличие от всех других детекторов, которые создаются только для детектирования гравитационных волн, наша установка позволяет экспериментальным путем решать и другие фундаментальные задачи современной физики. В частности, за полгода работы нам удалось подтвердить на новом уровне точности один из “краеугольных камней”, лежащих в основе общей теории относительности, – принцип эквивалентности Эйнштейна. Одно из следствий этого принципа заключается в том, что скорость хода идеальных часов разной физической природы, но помещенных в точки пространства с одинаковыми значениями гравитационного потенциала, должна совпадать. Грубо говоря, в нашем случае мы использовали в качестве часов два лазера, один из которых был настроен на частоту излучения атомного перехода, другой – на частоту оптического резонатора. И выяснилось, что ожидаемые показатели действительно совпали с высокой степенью точности. До нас эксперименты такой точности проводили только американцы и немцы. Кроме того, это, видимо, первый гравитационный эксперимент, направленный на тестирование релятивистской эластодинамики. Теперь она может рассматриваться как проверенный теоретический фундамент для современных научных экспериментов. Фактически мы вышли на мировой уровень экспериментальной науки.

– При этом серьезное преимущество казанских исследователей в том, что они решают столь фундаментальные задачи за гораздо меньшие деньги, чем это делается на Западе, – говорит академик-секретарь отделения физики, энергетики, наук о Земле Академии наук РТ Наиль Сахибуллин. – И даже если они не обнаружат гравитационные волны (а подобные исследования всегда таят в себе определенный научный риск), создание столь чувствительного гравиметра – уже большое достижение, его можно использовать и для исследования земных недр, поиска полезных ископаемых, в том числе нефти. Вот только, к сожалению, работу центра сильно осложняет нерегулярное финансирование…

Но тут мы уже переходим к третьей главе нашего повествования.

Глава третья, печальная

Я (как, думаю, и наши читатели), конечно, понимаю далеко не все из того, что рассказывают мне Зуфар Мурзаханов и Ринат Даишев. Но вижу, как у них горят глаза, светлеют лица, когда они говорят о своем уникальном эксперименте. Затем разговор сворачивает на тему, более мне понятную – финансовую. И лица моих собеседников сразу как-то грустнеют, опускаются плечи, пропадает энтузиазм в голосе. Воистину, нет печальней повести, чем история финансирования фундаментальной науки в современной России…

На проведение эксперимента “Лунный тест” центру “Дулкын” было необходимо 6 миллионов 900 тысяч рублей. Но было выделено только 6 миллионов. Остановить эксперимент нельзя было ни в коем случае – нарушилась бы его точность, пришлось бы начинать все с нуля, деньги оказались бы выброшенными на ветер. Спасло положение то, что недостающие средства в проект вложил сам ГИПО. Который теперь, естественно, надеется их вернуть. А до тех пор отказывается допускать физиков в “родной” подвал. Но отдавать долги ученым нечем – финансирование проекта пока приостановлено. Чиновники им объясняют – а что вы хотите, кризис…

– В результате “Лунного теста” мы получили уникальную информацию и знаем, как строить детектор второго уровня, чувствительность которого будет в тысячу раз выше, – говорит Зуфар Мурзаханов. – Однако финансовые перспективы туманны. Из-за остановки финансирования мы можем потерять с таким трудом завоеванный приоритет. А ведь это же престиж республики…

Но соображения престижа, как известно, меньше всего волнуют тех, от кого зависит финансовая сторона дела. Престиж – он что? На хлеб не намажешь, коттедж из него не построишь. “Какую практическую пользу принесет ваш эксперимент?” – интересуются чиновники.

Справедливости ради отметим, что скепсис в отношении экспериментаторов из “Дулкына” проявляют не только чиновники, но и некоторые видные казанские ученые-физики. Кого-то смущает, что в центре пытаются решать столь грандиозные задачи столь малыми силами и средствами. Кто-то полагает, что за 15 лет работы центра результаты могли бы быть более весомыми. Хотя, считает Наиль Сахибуллин, если бы финансирование работ было постоянным, а не таким, каким оно было (“год работаешь, два – выбиваешь деньги”, – сетует Ринат Даишев), то сегодня мы бы уже имели и результаты.

– Попытки решить задачу обнаружения гравитационных волн чрезвычайно актуальны, и западная наука не сомневается в том, что это открытие будет иметь грандиозную практическую пользу, иначе бы там не вкладывали в подобные изыскания огромные средства, – говорит советник президента Академии наук РТ Шамиль Чабдаров. – И тут нельзя не отметить, что оригинальность технического решения, которую предлагают в центре “Дулкын” (а эта оригинальность отмечается и на международном уровне, о ней говорят на крупных конференциях, пишут в серьезных научных журналах) заслуживает серьезного к себе отношения. Думается, надо дать сотрудникам центра возможность продолжить работу.

Но пока не получается у физиков даже обработать результаты столь многообещающего эксперимента, “застолбить” казанский след в мировом научном пространстве. А уж о том, чтобы пойти дальше, повысить чувствительность детектора и попытаться-таки поймать ту самую неуловимую волну, и говорить не приходится. Между тем к казанскому прибору уже проявило интерес Канадское космическое агентство – предлагает установить наш детектор на своей космической станции, запуск которой планируется на 2020 год. Но для этого прибор нужно доработать. А при таком финансировании включиться в канадский проект центр “Дулкын” просто не успеет.

Что же до быстрого практического результата, которого требуют от ученых, то ведь фундаментальная наука по определению не может выдать его на-гора. Когда в начале XX века отец ядерной физики, англичанин Эрнест Резерфорд исследовал атомное ядро, занимался вопросами радиоактивности, то все вокруг, включая самого ученого, были уверены – эти исследования не имеют практического применения… И таких примеров в мировой науке не счесть. Да что далеко ходить – вот у нас в республике любят гордиться Лобачевским. Дескать, великий наш земляк, создал неевклидову геометрию, дал человечеству новые знания о природе Вселенной… Лобачевским гордиться легко – он-то уж точно не попросит денег на новую экспериментальную установку. А между прочим, его знаменитая теория при жизни великого математика тоже была принята весьма прохладно. Умирая, он думал, что вместе с ним умрут и его идеи.

Собственно, о том, что результаты исследований в области фундаментальной науки могут принести практическую пользу только через несколько десятков лет, сегодня в Татарстане часто говорят с самых высоких трибун. Но разговоры – это одно. А когда дело доходит до денег…

Сегодня уникальный детектор, запертый в подземелье без со-ответствующего режима хранения, рискует превратиться в груду металла. Да и коллектив не менее уникальных мастеров, способных создавать экспериментальные установки с высочайшей степенью точности, можно легко растерять, вздыхает Зуфар Мурзаханов. У него люди и так работают практически на голом энтузиазме, кто – на половину, кто – на четверть ставки. Думается, немецкий или французский ученый (об американцах даже не говорю) за деньги, которые получают сотрудники центра, не то что работать не будет – из дома не выйдет…

Но прибавки зарплаты, заметим, казанские физики и не просят. Им не за зарплаты обидно. А за то, что уникальный эксперимент на передовом крае мировой науки может захлебнуться волной. К сожалению, не гравитационной…