«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 0,00001Гц— 0,1Гц. 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 от 100 тысяч до 100 миллионов 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.