«Наука была мостом между СССР и Западом». Нобелевский лауреат Кип Торн — о черных дырах и влиянии санкций на российских ученых

В Армении завершился шестой международный фестиваль науки и музыки STARMUS, который в этом году посвящен 50-летию первой посадки на Марсе зонда с Земли. В нем приняли участие несколько тысяч человек из разных стран мира, в том числе известные ученые и музыканты. RTVI пообщался с одним из гостей фестиваля — нобелевским лауреатом по физике 2017 года, американским астрофизиком Кипом Торном. Он рассказал, какие экзотические объекты во Вселенной в скором времени смогут открыть благодаря гравитационным волнам и как российским ученым удается оставаться в авангарде мировой науки.

— С момента обнаружения в 2015 году первых гравитационных волн от слияния черных дыр и присуждения за это Нобелевской премии вам и вашим коллегам подобные открытия стали рутинными. Обнаружено еще несколько слияний черных дыр друг с другом, черных дыр с нейтронными звездами и нейтронных звезд друг с другом. Четвертый сеанс наблюдений обсерватории LIGO после усовершенствования детекторов начнется в марте 2023 года. Каких новых открытий вы ожидаете?

— Наша чувствительность значительно повысится, и мы сможем наблюдать слияние черных дыр с частотой где-то 0,5-2 штуки в день. Все это благодаря технологии квантовых неразрушающих измерений, разработанной группой [профессора кафедры физики колебаний, члена-корреспондента РАН] Владимира Брагинского в МГУ и моей группой в Калтехе. Эта технология, называемая еще квантовой метрологией, позволяет обходить принцип неопределенности Гейзенберга для зеркал массой 40 кг, так что каждое зеркало ведет себя, как частица массой 40 кг. И в нашем четвертом сеансе у нас будет чувствительность выше, чем та, что следует из принципа неопределенности для 40-килограммовой частицы. Нам придется использовать технологию изменения волновой функции света и использования давления света для контроля зеркал. Это по существу, новая технология, реальным отцом которой был Владимир Брагинский. Он первым придумал эту технологию.

Все это будет впервые воплощено в четвертом сеансе и даст невероятное увеличение чувствительности. Что мы еще увидим? Что ж, думаю, одна из таких вещей — то, как черная дыра разрывает нейтронную звезду перед поглощением. В слияниях, которые мы видели до сих пор, черные дыры были сильно больше нейтронных звезд, и те поглощались целиком, не разрушаясь. Однако, если черная дыра менее тяжелая и имеет массу, скажем, 3-5 масс Солнца, то нейтронная звезда будет разорвана на части приливными силами со стороны черной дыры, и затем ее остатки будут поглощены. Часть остатков образуют аккреционный диск — то, чего мы ранее не наблюдали.

— Можно ли ожидать слияния новых, экзотических объектов?

— Другая вещь, которую мы ищем — это космические струны. Если две космические струны проходят друг через друга, то с высокой вероятностью 95% они перезамыкаются.

— Подобно линиям магнитной индукции?

— Да. И вы получаете космические струны с изломами и заострениями и после этого эти изломы в струнах движутся со световой скоростью, излучая гравитационные волны.

— Есть ли технологический предел для увеличения чувствительности детекторов гравитационных волн на Земле? Или мы можем бесконечно их улучшать, что позволит нам обнаруживать все более слабые и удаленные события, такие, как вспышки сверхновых звезд или слияния белых карликов?

— На Земле мы ограничены гравитационными волнами с частотой выше примерно 10 Гц. А гравитационные волны от слияния белых карликов имеют меньшие частоты, поэтому мы не можем фиксировать их с Земли. В действительности нет фундаментальных пределов для чувствительности, и мы будем ее повышать, используя технологию квантовых неразрушающих измерений.

— Ожидаете ли вы качественных прорывов с запуском космического интерферометра LISA?

— Прорыв будет связан с тем, что чувствительность LISA будет высокой на более низких частотах 10−5Гц— 10−1Гц. Это позволит нам увидеть совершенно новые явления. Мы увидим сверхмассивные черные дыры. Мы увидим звезды, разрываемые сверхмассивными черными дырами. Мы увидим небольшие черные дыры, вращающиеся вокруг сверхмассивных.

— Это ведь довольно редкие объекты?

— Нет, довольно распространенные, в действительности. Если есть сверхмассивная черная дыра с массой 105-108 масс Солнца, она довольно легко захватывает небольшие черные дыры и частота таких событий довольно высокая.

— Что сулит нам ввод в строй наземных телескопа Эйнштейна и Cosmic Explorer для поиска гравитационных волн?

— Это новое поколение детекторов по сравнению с LIGO и VIRGO. Амплитуда принимаемых волн будет выше на порядок, а частота фиксируемых событий — в 1000 раз.

— Сможем ли мы в будущем с помощью гравитационно-волновых детекторов измерять такую величину, как заряд черных дыр?

— Весьма маловероятно, что у черной дыры может быть большой заряд, поскольку черные дыры находятся во вселенной, где есть ионизованная плазма, и плазма должна разряжать черные дыры довольно легко, когда их заряд становится слишком большим. Так что заряда, который может иметь черная дыра, не хватит для достаточного изменения геометрии пространства-времени.

— Какие из технологий, разработанные при создании телескопа LIGO, и перешедшие в промышленность, вас восхищают больше всего?

— Я считаю, что одно из важнейших достижений — стабилизация часов. Если у вас есть свет, резонирующий между двумя зеркалами, то с физической точки зрения зеркала очень стабильны. Они подвешены, тяжелы и частота, на которой будет резонировать свет, очень стабильна и определяется расстоянием между зеркалами. Технология стабилизации лазеров стала очень важной, и она пришла из LIGO.

— Охота за гравитационными волнами стала примером мощного международного сотрудничества с учеными из СССР / России, причем еще со времен Холодной войны. Как вы оцениваете роль советских и российских ученых в реализации проекта?

— Технология квантовых неразрушающих измерений, придуманная Брагинским, сейчас разрослась и проникла в ряд других специфических технологий. Она стала частью квантовой информатики, квантовых вычислений, компьютеров, квантовой криптографии, квантовой связи и квантовой метрологии. Все это — будущее высоких технологий XXI века, и Брагинский был отцом этого.

— Какова роль российских ученых в проекте LIGO сегодня?

— Эта роль очень важна. К вышесказанному стоит добавить технологию подвешивания зеркала на расплавленной кварцевой нити, которая была также предложена группой Брагинского. Это — два примера технологий, которые стали абсолютно центральными и незаменимыми в проекте LIGO.

— Четыре года назад я побывал в лаборатории профессора Физического факультета МГУ и руководителя научной группы в коллаборации LIGO Валерия Митрофанова. Честно говоря, был поражен тем, как при таком оснащении нашим ученым удается делать науку мирового уровня. Вы можете сравнить оснащенность американских лабораторий и лабораторий ваших российских коллег?

— Что ж, российская лаборатория оказала мощное влияние, поскольку Брагинский, и Митрофанов с их коллегами — исключительные профессионалы, как в плане идей, так и в глубине понимания технологий. В целом российские фундаментальные технологии находятся на низком уровне. Так было всегда, даже в советское время, технологии сильно отставали от западных. Но если у вас есть ученые уровня Брагинского, даже ученые-экспериментаторы, то чтобы внести важный вклад в работу, им не нужно иметь лучшее оборудование, если у них есть лучшие идеи.

— Но ведь в определенный момент технологии становятся настолько сложными, что ты просто не можешь делать передовые вещи на коленке?

— Ну, или вы передаете технологии на Запад или покупаете у него технологии…

— Теперь мы не можем покупать западные технологии из-за санкций.

— Да, это проблема. Что ж, еще одна проблема, что при Путине Россия не диверсифицировалась, не делала ставку на развитие высоких технологий в отличие от Китая. Россия глупо себя вела в плане развития высоких технологий. Она поглупела и сильно отличается от СССР, где очень мудро относились к развитию технологий. Но это — не то, что мы видим при Путине. Даже в советское время уровень технологий был значительно ниже, чем на Западе. Но, имея лучшие идеи, такие, как у группы Брагинского, вы могли делать замечательные вещи, которые никто не мог повторить на Западе, поскольку у них не было соответствующих идей.

— Как изменилось сотрудничество с российскими учеными внутри коллаборации LIGO с февраля этого года?

— Мне 82 года, я больше не участвую в исследованиях, я пишу стихи и поэтому не совсем в курсе. Формальное сотрудничество западных организаций с любыми организациями, связанными с российским правительством, в настоящее время прекращено. Тем не менее западные ученые усиленно стараются поддерживать контакты с российскими учеными. И сотрудничество между учеными продолжается.

— Может ли наука стать мостом между нашими странами в будущем?

— Наука была этим мостом. Она была большим мостом в прошлом, в советское время. О моем сотрудничестве с [советским физиком, академиком Яковом] Зельдовичем и Брагинским было известно и оно обсуждалось на уровне госсекретаря США. И думаю, и на Западе, и на Востоке оно воспринималось, как важное сотрудничество, которое надо продолжать. Оно необходимо, чтобы ученые могли говорить друг с другом и поддерживать интеллектуальные связи, необходимые в будущем для человеческой цивилизации в плане развития науки. Поэтому да, даже в такой области, как эта, такие связи чрезвычайно важны.