Гравитационные волны, существование которых подтвердили ученые из международного проекта LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), станут новым инструментом исследования Вселенной, полагает один из участников проекта, руководитель группы "Когерентная микрооптика и радиофотоника" Российского квантового центра (РКЦ), профессор МГУ Михаил Городецкий.

«Мы открываем новую эру – эру гравитационно-волновой астрономии. Это можно сравнить с появлением телескопа или радиоастрономии. У нас появился новый инструмент для исследования Вселенной», - цитируются в сообщении пресс-службы РКЦ пояснения Михаила Городецкого.

Существование гравитационных волн - колебаний пространства-времени - было предсказано 99 лет назад Альбертом Эйнштейном. Согласно общей теории относительности гравитационные волны порождаются массивными объектами, движущимися с переменным ускорением — например, черными дырами, вращающимися галактиками или нейтронными звездами. Но попытки зарегистрировать гравитационные волны и таким образом подтвердить эту составляющую теории относительности не были успешными до сентября 2015 года, когда они впервые были зафиксированы с помощью лазерных интерферометров в проекте LIGO.

В рамках международного проекта LIGO российские ученые занималась задачей повышения чувствительности антенн, искали пути снижения уровня различных шумов. Чувствительность антенн LIGO такова, что при измерениях проявляются квантовые эффекты. Например, принцип неопределенности Гейзенберга требует, что надо накопить определённое количество квантов, чтобы померить их фазу с определенной точностью. Из этого, казалось бы, следует, что чем мощнее лазеры, тем выше точность. Однако если повышать мощность лазеров, то фотоны начинают «дробить» по зеркалам, растут флуктуации, говорится в сообщении.

«Мы этим и занимались: искали хитрые геометрии антенн, которые обеспечивают квантово-невозмущающие измерения», - приводятся в сообщении пояснения Городецкого.

Также российские участники международного проекта разрабатывали приемы, позволяющие уменьшить шумы в зеркалах. Наши ученые предложили подвешивать зеркала на кварцевых нитях вместо ранее использовавшихся стальных. Первоначально в проекте планировалось использовать зеркала из сверхчистого кристаллического сапфира (оксида алюминия), поскольку для таких зеркал ожидался очень низкий уровень броуновских тепловых флуктуаций. Однако российскому коллективу удалось показать, что сапфир имеет другой, более сильный и ранее неизвестный шум, связанный с термоупругостью. В результате в проекте остановились на зеркалах из плавленого кварца, отмечается в сообщении.

Открытие гравитационных волн трудно переоценить. Теперь ученые смогут с помощью этого механизма определить, что является источниками гравитационных волн, и где и когда произошли эти события. С помощью детектором ученые могут определить массы объектов и примерное положение в пространстве. Это позволит оперативно нацеливать в район, откуда исходят гравитационные волны, оптические и радиотелескопы, и проводить исследования их источников традиционными методами.

«У нас появились «уши», которыми мы можем слушать Вселенную. Я не шучу: частоты гравитационных волн, регистрируемые LIGO фактически звуковые – сотни герц, килогерцы, их можно переложить в звук и слушать как чириканье птиц. Мы сможем фиксировать интересные события во Вселенной, кроме того, мы сможем проверить теорию относительности на таком уровне точности, который недоступен для других методов, проверить новые теории и, возможно, приблизиться к созданию квантовой теории гравитации или даже к теории великого объединения», - цитируются в сообщении слова Городецкого.

В состав российской научной группы, включенной в число соавторов научного открытия, входят профессора кафедры физики колебаний физического факультета МГУ: В.П.Митрофанов (нынешний руководитель коллектива), И.А.Биленко, С.П. Вятчанин, М.Л. Городецкий, Ф.Я.Халили, доцент С.Е.Стрыгин и ассистент Л.Г.Прохоров.