Книги

Блюз черных дыр и другие мелодии космоса

22
18
20
22
24
26
28
30

Заявление Джо Вебера об обнаружении гравитационных волн, сделанное в 1969 году, принесло ему славу и превратило в одного из самых знаменитых ученых его поколения. Однако приведенные им сведения были достаточно быстро и решительно опровергнуты. В последующие десятилетия Вебер практически лишился поддержки – как моральной, со стороны коллег, так и финансовой. Из университета Мэриленда его едва не уволили. Комментируя однажды создавшееся положение, Вебер упомянул свою вторую жену, астронома Вирджинию Тримбл, двадцатью тремя годами моложе его. Вот что вспоминает социолог Гарри Коллинз: “ [Вебер] сказал мне с улыбкой, что когда он женился на ней, то купался в лучах славы, а ее почти никто не знал, однако же со временем их роли поменялись”.

Вебер не отступил, даже когда появились множественные свидетельства ошибочности его точки зрения и от него отвернулось ученое сообщество. Его заявления о непосредственном обнаружении гравитационных волн перепроверялись, и доказательства неправоты Джо всякий раз перевешивали. Он никогда не наблюдал гравитационные волны. Вместо этого он регистрировал сбой оборудования, или ошибался в аналитических расчетах, или даже – что было бы хуже всего – бессознательно искажал данные.

Ричард Гарвин, физик-экспериментатор из IBM, движимый то ли заявлением Вебера, то ли своей недоверчивостью, довольно быстро собрал и откалибровал собственный детектор, настроенный на узкий диапазон частот, характерный для антенны Вебера. Однако небеса хранили молчание, так же, как и в опытах прочих экспериментаторов по всему миру. Гарвин очень расстроился. Предыдущий обмен мнениями убедил его в том, что Вебер не станет прислушиваться к разумным доводам и даже принимать во внимание полученные данные, и потому он решил подстеречь Джо на публике и открыто выступить против него. В 1974 году, на конференции по теории относительности, проходившей в Массачусетском технологическом институте (эти конференции становились раз от разу оживленнее именно благодаря полемике с Джо), Гарвин вышел вперед и принялся осуждать Вебера за неверную интерпретацию сделанных им измерений. Вебер и Гарвин тогда едва не подрались. Оба угрожающе замерли друг напротив друга перед залом, полным миролюбивых релятивистов, и один только страдавший от последствий полиомиелита астрофизик Фил Моррисон осмелился воздеть свою трость и тем самым помешать схватке. Противники разошлись. Вебер был полон решимости, Гарвин – презрения.

Джо, почувствовав себя гонимым, еще более укрепился в своей вере. Эксперимент Гарвина смело можно было назвать куда менее точным, чем эксперимент Вебера. Сконструированный на скорую руку детектор был меньшего размера и эксплуатировался всего месяц. Да и вообще – проведенные эксперименты никогда не бывают идентичными, а их сравнение требует кропотливой работы. Как ученый Вебер имел полное право, более того – был обязан указать на недостатки при сопоставлении двух экспериментов. Признать свое поражение, основываясь на неверной логике и скудных данных, он не мог.

В следующие двадцать пять лет обстоятельства не благоволили к Джо. Недоброжелатели ловили его на вопиющих ошибках. Он выдвигал заведомо ложные гипотезы. К примеру, Джо заметил, что раз в сутки, когда центр нашей Галактики находился в зените, детектор регистрировал целый пучок событий. На этом основании Вебером был сделан вывод о том, что сигнал может приходить из области плотного галактического ядра, где логично ожидать избыточную гравитационную активность, которая, соответственно, является источником интенсивных гравитационных волн. Астроном Тони Тайсон сидел в первом ряду вместе с Джоном Уилером и Фрименом Дайсоном на коллоквиуме в Принстоне, где Вебер и продемонстрировал свой график с большими пиками, повторяющимися каждые двадцать четыре часа наблюдений; по его мнению, это были мощные всплески гравитационных волн, приходящих из плотного галактического центра. “Мы все так и подскочили, – вспоминает Тайсон, – воскликнув: «Погодите-ка, Джо, но ведь гравитационные волны должны пронзать Землю насквозь!»” Это обстоятельство ставило вывод Вебера под сомнение. Поскольку гравитационные волны беспрепятственно проходят сквозь Землю, его антенны должны были бы регистрировать события раз в двенадцать часов – когда центр Галактики над головой и когда он под ногами. После того как Веберу указали на ошибку в его рассуждениях, он заново проанализировал данные и вернулся через пару недель с кластерами событий, происходящими каждые двенадцать часов. Такая гибкость в анализе данных только усилила недоверие к ним.

Тони Тайсон решил прояснить ситуацию, построив свой собственный детектор в Лабораториях Белла. В течение года он собирал данные и – “ни черта не увидел”. Однако соблазн обнаружить новую физику никуда не делся, и он захотел сделать детектор более чувствительным, чтобы расширить границы наблюдений. Дэвид Дуглас в университете Рочестера построил точную копию антенны Тайсона с тем, чтобы они, находясь на большом расстоянии друг от друга, могли искать совпадающие события. Благодаря поддержке АТ&Т[18], материнской компании Лабораторий Белла, им удалось получить во временное пользование длинный коаксиальный кабель, который проложили между лабораторией Тайсона, лабораторией Дугласа и лабораторией Вебера. Таким образом, каждый из исследователей мог напрямую скачивать чужие данные на цифровые носители и проводить с ними свой собственный анализ.

Изучив данные, полученные с помощью независимых детекторов, Вебер заявил о сигналах, совпадающих с теми, что были зарегистрированы с помощью его детектора в штате Мэриленд. Совпадение сигналов с разных далеко отстоящих друг от друга и независимо управляемых детекторов действительно можно было интерпретировать как обоснование гипотезы о том, что источники сигналов имели астрофизическую природу, а не являлись следствием земных помех. Однако же Дуглас и Тайсон не обнаружили в своих данных ничего, кроме шума.

Тайсон предположил, что Джо вытягивал ложные сигналы из шумов в своих собственных данных, причем эти сигналы совпадали с теми ложными сигналами, которые Тайсон намеренно вводил в данные Вебера для калибровки детектора. “Я думал, что мы проинформировали Джо о калибровочных сигналах. Но, может, мы этого не сделали”, – говорит озадаченный Тайсон. Если Джо полагался на совпадение с этими ложными сигналами, то он мог обнаружить совпадение где угодно. Еще больший удар нанесло по теории Джо то обстоятельство, что разные группы использовали разные временные стандарты. Тайсон и Дуглас использовали среднее время по Гринвичу, тогда как Джо – североамериканское восточное время. Когда Джо записывал событие в 02:00, утверждая, что одновременные события были обнаружены Тайсоном и Дугласом также в 02:00, фактический временной сдвиг составлял четыре часа. Одновременных событий не наблюдалось. Даже если бы ситуация складывалась для Джо самым благоприятным образом, устоять после совершения таких ошибок было бы невозможно. В конце концов Вебер устранился от анализа данных, чтобы исключить любое обвинение в своей личной предвзятости, но было уже слишком поздно. Люди перестали ему верить. Он сознательно поддался соблазну ложных надежд, превратился в генератора ложных утверждений и был публично разоблачен в ходе очень унизительных для него научных форумов. Фальсификатора уличили. Тайсон говорил о Джо: “Он был великим инженером, но никудышным аналитиком”.

В конце 1980-х годов заслуженный профессор (professor emeritus) Вебер, чтобы поддерживать существование мэрилендской лаборатории, которая к тому времени представляла собой практически пустую бетонную коробку, стоявшую между лесом и полем для гольфа, использовал собственные денежные средства. Иногда ему даже приходилось демонстрировать кошелек с наличными, чтобы решить то или иное дело. О вывеске на фасаде он особо не заботился, и непогода не пощадила былую гордость слов “Обсерватория гравитационных волн”.

Глава 6

Прототипы

На территории кампуса Калифорнийского технологического института расположено строение, которое внешне выглядит как обычный трейлер. Его сложно отыскать даже при наличии айфона, карты с GPS и знания точных долготы и широты. Мне пришлось пройти по промышленной площадке, а затем свернуть в неприметный проход, ведущий к единственной двери с табличкой “40 метров” – это разговорное название прототипа интерферометра в Калтехе, а также наименование здания, в котором он размещается – своего рода подразделения Центральной инженерной службы. На электронной карте это место не отмечено, точного адреса в кампусе у него тоже нет.

Когда я, не заметив цели, оставила ее метрах в ста за собою, Джейми, на дисплее у которого высвечивались мои координаты, позвонил мне по телефону. “Я выйду вам навстречу, – сказал он, стараясь казаться более раздраженным, чем на самом деле. – Возвращайтесь обратно тем же путем, каким шли”. Так я и делаю – направляюсь в недра промзоны.

Джейми Роллинс, бывший аспирант Рая Вайсса, несколько лет проработал на прототипе “40 метров”, а затем занимал различные посты в организациях, связанных с научным сообществом LIGO. Остановившись в паре метров от него, я вопросительно указываю на дверь, ведущую в трейлер. Потом, приняв смущенный вид, подхожу поближе. “Я же дал вам карту”, – говорит он, притворяясь озадаченным.

Эта единственная дверь служит входом в импровизированное строение. Нет, не так: на самом деле это даже не строение, а что-то вроде временной выгородки, установленной здесь тридцать лет назад для разработки и тестирования детектора. Все основные работы по эксперименту проходят именно в этом трейлере. Однако в лаборатории должны поместиться две 40-метровых трубы, идущие в двух ортогональных направлениях, так что по законам природы никакой трейлер размером с обычный грузовой фургон не может заключать в себе такой детектор. Я не обходила всю конструкцию по периметру, но к ней явно должны быть пристроены какие-то дополнительные сооружения. Десятилетия труда, вместившиеся в это скромное одноэтажное строение, будут увенчаны достижением, которое, как я попробую убедить вас, заслуживает того, чтобы о нем рассказывали и писали снова и снова. Я переступаю еле заметный порог трейлера и оказываюсь там, где все посвящено подготовке эксперимента, в ходе которого будут измерены волны пространства-времени с амплитудой всего десять миллиардной триллионной длины установки.

Характерные величины, с которыми имеет дело этот эксперимент, варьируются от бесконечно малых значений до астрономических масштабов. Сигналы бесконечно малы. Их источники – астрономические. Чувствительность определяется бесконечно малой величиной. И награда за вероятный успех тоже астрономическая. Стремление человека познать Вселенную поистине огромно, и столь же огромен ожидаемый триумф.

И само сооружение, и прототип “40 метров” не принадлежат кому-то одному. Коллектив, работающий над проектом, может быть заменен другим, ученые приходят и уходят, а установка живет своей жизнью, равнодушная к тем, кто рядом. Бесчисленное количество студентов прошло через этот трейлер; каждые несколько лет полностью менялось руководство лаборатории “40 метров”. Любой элемент конструкции должен быть тщательно спроектирован, изготовлен, испытан, отъюстирован, задокументирован и затем интегрирован в работающий прибор. Лучшие технические решения тщательно испытываются, обсуждаются и, наконец, воплощаются в жизнь в двух полноценных обсерваториях LIGO (расположенных не в Калтехе и не в МТИ), где масштабируются и перенастраиваются отдельные элементы. Ни одна операция не терпит суеты, так что экспериментаторы выказывают редкое терпение, выполняя отточенные, свидетельствующие о длительной практике действия. Ученые, конечно, двигаются не в таком замедленном темпе, как астронавты на космической станции, но они столь же уверенны и неспешны. Иногда лаборатория пустеет. Это значит, что участники эксперимента, находясь в душной комнате управления установкой, следят за работой интерферометра.

Джейми протягивает мне защитные очки, а другие надевает сам. Как ни странно, они очень похожи на те, которые он носит изо дня в день. Затем мы натягиваем на обувь бумажные бахилы, чтобы уличная пыль не попала на пол лаборатории. Бахилы эти всего двух видов – очень большие и маленькие; я беру маленькие. Наряженные в бахилы и очки, мы проходим через небольшое помещение, в котором, сгорбившись над компьютерами, сидят парочка аспирантов и парочка постдоков[19], минуем узенькую комнату управления с чернобелыми мониторами и в конце концов, пройдя через двустворчатую дверь, попадаем в помещение, где находится сам прибор. Над дверью, на самой двери и сбоку от нее виднеются таблички, интуитивно распознанные мною как предупреждения об опасности. Однако текст на них я не зафиксировала. Несколько недель спустя я отправила Джейми письмо с просьбой напомнить мне, что же в точности было там написано, и вот какой ответ я получила:

“Там очень,

очень много слов