Диалоги (июнь 2003 г.)

В этот момент, в 96-м году, тот же Национальный Фонд научных исследований США решил – пора вкладывать деньги в эту программу всерьёз, потому что опыт показал, что это, как говорят англичане, американцы, «doable»: это можно сделать. И вместо 40 метров сделали машину, которую сейчас мы посмотрим на следующем кадре, пожалуйста.

Вот модель процесса: две нейтронные звезды, попавшие на относительно близкое расстояние, такой у них был прицельный параметр, сливаются. Они выдают всплеск гравитационного излучения. Редкое событие, поэтому одной галактикой здесь не обойдёшься. В галактике это бывает редко. Есть споры – раз в десять тысяч лет или раз в сто тысяч лет. Значит, надо брать много галактик.

Поэтому расстояние, на которое надо рассчитывать – сто миллионов, может быть, для надёжности, 200 световых лет. Или 1026 сантиметра. А на земле расположить эту комбинацию из зеркал и лазера. Упрощённая схема, но больше ничего.

Естественно, сразу спрашивается, а что нужно? Нужно отношение дельта эль к эль, по крайней мере, десять в минус двадцать первой, лучше в минус двадцать второй. Этот проект носит название «ЛАЙГО». Срок жизни этого проекта, у него есть разные этапы, примерно 30 лет. Здание, аппаратура, основные конструкции построены из этого расчёта. Стоит он недорого, одну треть подводной лодки. Подводная ядерная лодка стоит 2 миллиарда долларов, а это – одну треть, и за 30 лет, а США производит 2 подводные лодки в год.

Можно следующий кадр?

Это вид с высоты примерно 50 метров, с вертолёта. Это главное здание. Здесь надземный туннель. Здесь зеркало, здесь набор зеркал. Конструкция уходит туда на 4 км, и там тоже кончается зданием, и там тоже в конце трубы висит нежно подвешенное зеркало.

А.Г. Вот у меня сразу возникает вопрос, простите, не могу от него отделаться, как «нежно подвешенное»? Как можно аннулировать шум?

В.Б. Я к этому подойду. Пожалуйста, следующий кадр. Это я – для масштаба, а вот это – труба.

А.Г. «Я – для масштаба»…

В.Б. Да. А это коллеги, которые ухаживают за конструкцией. Их две, таких антенны. Одна находится недалеко от Нового Орлеана, а вторая – недалеко от Сиэтла. Между ними 10 световых миллисекунд или 3000 км, так что можно работать в схеме совпадений. И даже, если удастся, различить фронт, направление на источник.

Пожалуйста, следующий кадр.

Вот опять же я – для масштаба. Вот броневая половинка туннеля, сделанная из бетона для того, чтобы трубу защитить. Вот это профессор Торн, зачинатель этого дела, значит, вон там профессор Вит Чайн. Кадры не очень ясные. Можно и меня, может быть, узнать. Это студент.

Дальше, пожалуйста.

Внутри большого здания много труб, там система несколько сложнее, чем то, что я описал, но основная сущность – два зеркала и ещё два зеркала, и больше ничего. Чаны есть. В чанах стоят шедевры антисейсмической изоляции, которые порядков на 11 глушат сейсмику, пролезающую, стремящуюся пролезть к зеркалу.

Пожалуйста, следующий кадр.

Если вы хотите подойти, вскрыть чан и заменить там что-нибудь внутри, вам придётся надеть такие вот халаты, «намордники» и перчатки. Пыль не должна проникать, потому что пылинка на зеркале – это плохо.

Пожалуйста, следующий кадр.

А.Г. А каков размер зеркал?

В.Б. Вот оно. Это доктор Елена Армандула держит зеркало в руках. А вот его маленькая модель, модель уменьшенных размеров, с которой мы много раз игрались. Она стоит всего лишь 200 долларов, и можно наиграться всласть, что мы и сделали, об этом я чуть позже расскажу. А вот это стоит 50 000 долларов, потому что оно покрыто двадцатью парами слоёв, которые очень хорошо отражают фотоны. Фотоны используют здесь многократно с тем, чтобы не слишком много энергии тратить и добраться до цифры дельта эль к эль десять в минус двадцать первой или в минус двадцать второй. Для этого нужно много раз использовать фотон, и начальная мощность должна быть большой. Это дешёвое зеркало, а это не очень. Это 200 долларов всего лишь стоит, а то – 50 тысяч. И покрытие ещё 30. Вот так.

Теперь, значит, как избавляться от шумов? Один момент я уже отметил.

А.Г. Чан.

В.Б. В чане антисейсмический изолятор. Набор плиток и пружинок, у которых частота ниже той, на которой мы работаем. Они просто давят, поглощают, утишают сейсмическую волну, которая в обычных условиях – это десять в минус четвертой, десять в минус пятой, если частоты повыше – десять в минус шестой сантиметра. Но не десять в минус шестнадцатой, которая нужна, чтобы было при 4 км от цифры десять в минус двадцать первой.

Следующий момент. Вообще говоря, не всё так просто, как я описал. Шумов, действительно, очень много. И первый враг – броуновские шумы. На каждую колебательную степень свободы приходится кТ, на обычную степень – половиночка кТ, надо от них избавиться. Конечно, можно было бы всё морозить, но это, во-первых, дорого; во-вторых, можно заморозить, скажем, до трех градусов Кельвина. Выигрыш будет всего лишь сто раз по температуре, а по колебаниям – всего лишь 10. Надо куда сильнее. Есть приём, который был давно придуман, он заключается в том, что делают всю механическую систему высокодобротной. Тогда вся энергия – вблизи резонанса. А на крыльях – ничего. А гравитационная волна, вот то, что заставляет сжиматься и разжиматься, неоднородное ускорение, она, скажем, на ста герцах, далеко. И посему начались проблемы…

Сначала этот проект был национальным, но лет 6-7 тому назад он стал, по существу, международным. К нему присоединились британская группа, немецкая группа и две группы из России. Одна из Института прикладной физики из Нижнего Новгорода, а вторая – из МГУ, я к ней принадлежу. Теперь немножечко о том, что мы сделали.

Профессор Митрофанов и его коллега Токмаков такое зеркало, которое вы держали в руках, именно такое же, подвесили на ниточках из очень чистого кварца, у которого маленькое акустическое затухание, то, что нужно. И сделали постоянную времени, времени затухания маятника – маятник Галилея, здесь никаких хитростей нет – больше пяти лет при комнатной температуре, добротность – два на десять в восьмой.

Потом выяснилось, что есть ещё много элементов, которые надо проработать. Например, есть такая неприятность – флуктуация температуры. При полном равновесии, тем не менее, температура вашего левого плеча не равна правому, она всё время немножечко дёргается. Если взять всё плечо, то это малые доли Кельвина, но этого достаточно, если учесть коэффициент теплового расширения, чтобы появилась рябь на поверхности зеркала. В результате нельзя делать маленькое лазерное пятно, надо делать большое. Это и сделали мои коллеги Сергей Петрович Ветчанин и Михаил Денисович Городецкий. Сделали полный анализ, когда уже вся программа шла на полном ходу. Поэтому она сейчас перестраивается, увеличивают размер пятна. А на втором этапе «ЛАЙГО-2» там будет пятно размером с ползеркала.

И есть, наконец, третья проблема, самая серьёзная. Значит, всё-таки маленькие величины: мечтают добиться в 2010 году дельту эль к эль 10 в минус 22-ой. Амплитуда колебаний 10 в минус 17-й сантиметра. Нет ли здесь квантовых неприятностей? Они есть, хотя температура комнатная, и кругом полно частиц, у которых энергия намного больше той энергии, – если говорить о энергии, скажем, поступательного движения, – которую можно обнаружить. Тем не менее и от этого можно избавиться. Вот такими приёмами.

Центр масс 10-ти или 20-килограммового зеркала будет вести себя как квантовый объект. Известно, что той постоянной времени, о которой я вам сказал, если вспомнить только один вид броуновского движения, достаточно, чтобы в течение нескольких миллисекунд строго выполнялись соотношения неопределённости Гейзенберга. Фотоны стучат, сообщают неопределённость импульса. И координата не может быть измерена точнее, чем некоторый порог, для которого уже придумали название – стандартный квантовый предел. Он определяется соотношением неопределённостей и временем измерения.