Миновало уже шестьдесят лет с тех пор, как Рай бродил по хлипкому трехэтажному строению и спрашивал: “Скажите, вам случайно не нужен помощник?” С того времени он мало изменился, хотя, конечно, в профессиональном отношении значительно вырос. Иногда помощник действительно требовался, и в итоге Рай два года проработал техником-лаборантом, прежде чем снова стать сначала студентом, а затем и аспирантом. “Вот аспирантом мне быть очень нравилось. Но я женился и, когда моя жена забеременела, наконец-то понял, что в жизни нужно что-то менять. Пришло время, так сказать, выбиваться в люди. А так вообще-то я бы остался вечным аспирантом, ведь тогда мне было очень весело. Я мог участвовать в самых разных экспериментах и никогда не думал о деньгах или чем-то подобном – просто проводил один эксперимент за другим. Причем некоторые из них были довольно чудные”. Рай получил степень и вернулся в Массачусетский технологический институт уже в качестве профессора, поработав перед этим в Университете Тафтса и в Принстонском университете. Не вдаваясь в подробности того, почему он покинул Принстон, Рай коротко сообщает, что ему не понравился тамошний климат.
Идея пришла к нему во время курса лекций, который он, начинающий профессор, читал на еще мало тогда известную тему: общая теория относительности Эйнштейна, теория искривленного пространства-времени.
– В институте подумали – черт побери, он же работал в Принстоне, так что наверняка должен разбираться в теории относительности!.. Но я знал о ней не больше, чем писали в популярной литературе. Я имею в виду общую теорию относительности, не специальную.
Мне стыдно было признаться, что я не знаю общей теории относительности. Я ведь запустил здесь исследовательскую программу по изучению гравитации, а теперь вдруг скажу всем, что совершенно не разбираюсь в общей теории относительности?.. Короче, это была проблема. Но не мог же я просто отказаться!
И я начал читать курс по теории относительности. К истории LIGO все это имеет вот какое отношение: эксперимент был придуман как раз во время этих лекций. В году то ли 1968-м, то ли 69-м. В освоении материала я опережал своих студентов всего на один день. У меня были страшные сложности с математикой. Поэтому я старался все объяснять при помощи мысленных экспериментов. Пытался сам все осмыслить. Математика всегда оставалась вне пределов моего понимания, но я не сдавался и продолжал стараться. Мои лекции посещали очень хорошие студенты – они не могли не заметить, что материал я объясняю довольно неуклюже, и все-таки им было интересно, потому что я всегда стремился рассказывать в основном об экспериментах, а это было редкостью. Никто прежде не читал курс по общей теории относительности, сосредотачиваясь на экспериментах… И студенты не прогуливали мои занятия. Потому что я рассказывал им много такого, чего они больше нигде не смогли бы услышать.
И вот они попросили меня обсудить гравитационные волны. Я прочитал статьи Эйнштейна на немецком языке, я ведь говорю по-немецки. И почерпнул оттуда простую идею: можно посылать лучи света, заставив их отражаться от тел, и измерять, что с ними происходит. Это единственное, что я по-настоящему понял во всей его чертовой теории.
Я поставил перед студентами задачу в виде мысленного эксперимента, потому что так ее хотя бы можно было решить, – предложил измерять гравитационные волны, посылая лучи света между телами. Идея заключалась в том, чтобы разместить в вершинах прямоугольного треугольника тела, свободно парящие в вакууме. Посылая между ними лучи света, мы можем выяснить, как гравитационная волна влияет на время, необходимое, чтобы свет дошел от одного тела до другого. Очень абстрактная задача. Трудно было даже представить, что она может иметь какое-то практическое значение…
Итак, пусть зеркала свободно парят в пространстве параллельно друг другу. Если измерять расстояние между ними, то удастся зафиксировать изменение формы пространства-времени, а значит, зарегистрировать гравитационную волну. Поскольку скорость света неизменна, время, которое требуется световой волне для распространения между двумя объектами, зависит от длины ее пути. Если свет проходит расстояние между зеркалами немного дольше, то получается, что расстояние между зеркалами увеличилось. Если же время распространения света между зеркалами оказывается чуть короче, значит, расстояние между зеркалами сократилось.
Даже самые точные часы в мире не в силах зарегистрировать такие маленькие изменения времени. И Рай придумал использовать плавающие зеркала для создания гораздо более прецизионного инструмента – интерферометра[6]. В интерферометре свет распространяется вдоль двух плеч прибора, расположенных друг относительно друга под прямым углом, в виде буквы Г. Лазерный луч разделяется надвое, так что один луч распространяется вдоль одной части буквы Г, а другой – вдоль второй, перпендикулярной, части. Каждый луч отражается от зеркала, расположенного на дальнем конце соответствующего плеча, и возвращается в исходную точку, где оба луча интерферируют друг с другом. В месте интерференции лучей появляются чередующиеся зоны двух типов. Если свет прошел одинаковое расстояние в каждом из направлений, то световые волны в одних зонах складываются, образуя яркие светлые пятна, а в других – идеально компенсируют друг друга, образуя абсолютно темные пятна. Если же длина плеч разная, то лучи света также соберутся вместе, но уже неидеально, иными словами, синхронизация между ними нарушится. (Интерферометр сокращенно называют
Рай продолжает:
– Эта идея захватила многих моих студентов.
Самый главный итог того давнего курса лекций – ко мне пришли работать аспиранты. У нас проводились и вечерние занятия – лаборатория была замечательная, – и я все думал об этом странном мысленном эксперименте с парящими зеркалами и лучами света, бегающими между ними. Постепенно мне стало казаться, что идея не такая уж отвлеченная, вполне осуществимая на практике…
Рай корпел над этой задачей целое лето и после успешно проведенных в его лаборатории расчетов и экспериментов создал в существовавшем еще тогда Фанерном дворце первый маленький прототип детектора гравитационных волн. Небольшому прибору с зеркалами в центре и на концах плеч буквы Г длиной в полтора метра каждое, безусловно, не хватало чувствительности, чтобы обнаружить настоящие изменения формы пространства-времени. Однако он демонстрировал справедливость самого подхода. Теперь Рай и его студенты могли разрабатывать алгоритмы для изучения гипотетических данных, которые будут получены, если Земли достигнут гравитационные волны от взорвавшейся звезды или если две черные дыры, все быстрее и быстрее вращающиеся вокруг центра своего столкновения и в конце концов сливающиеся в одну большую безмолвную черную дыру, заставят пространство-время зазвучать. Исследователи таки добились стабильной работы своего “чертова прибора”, но для этого им пришлось трудиться по ночам, после закрытия метро, потому что Фанерный дворец сотрясался, а зеркала раскачивались, когда поезд проезжал по красной ветке, пролегавшей рядом с институтом. Раю даже удалось договориться о перекрытии в выходные дни движения по улице Вассара, поскольку настройки прибора безнадежно сбивались, стоило по ней прогрохотать грузовику. Описывая этот экспериментаторский героизм, Рай довольно улыбается – так широко, словно уголки его губ приподнимаются воздушными шариками. Еще бы: ведь они смогли создать работающий прототип детектора в таких абсурдных условиях! Впрочем, возможно, именно абсурдные условия им тогда и требовались.
Поспешное возведение Фанерного дворца было попыткой правительства справиться со своей неготовностью к действиям в военных условиях. Страна, грубо вытолкнутая из зоны комфорта, осознала, что у нее нет армии квалифицированных ученых и инженеров и что нехватка специалистов весьма затрудняет проведение военных исследований. В условиях войны новые технологии разрабатывались под давлением обстоятельств так же стремительно, как строились здания. В то время было сделано несколько важнейших открытий в сферах радиолокационной и микроволновой технологий, и все они оказались немедленно востребованы в повседневной послевоенной жизни. Хотя в 1960-е годы основная лаборатория в Фанерном дворце по-прежнему существовала благодаря военным грантам, Рай уверяет, что эта финансовая поддержка осуществлялась без выставления армией каких-либо особых требований или условий – деньги предназначались для подготовки ученых и инженеров, которые должны были заниматься различными интересными исследованиями.
– Нет-нет, наша работа вовсе не была засекречена. Это определенно был самый замечательный способ получения финансирования. Военные в то время были заинтересованы в подготовке ученых (те же, кто ввязался во Вьетнамскую войну и во все прочее, этого просто не понимали). Они не желали попасть впросак, если в будущем снова возникнет необходимость в Манхэттенском проекте или в радиационной лаборатории… Так что все, чего они хотели, – это готовить хороших ученых, причем их не волновало, над чем конкретно те будут работать.
Само существование строения 20 – этого храма научной результативности, обиталища усердных граждан самобытной и независимой страны – подтверждало правильность такого подхода. После дерзновенных научных прорывов военного времени исследования продолжались – продолжались все пять десятилетий существования Дворца; возможно, они были даже еще более интересными, хотя и проводились в менее напряженной обстановке. Важно и то, что после войны сохранилась система финансирования научных проектов. Рай говорит, что свобода, которую давала поддержка армии, послужила для него главной приманкой, когда он принимал решение о возвращении в МТИ в качестве профессора. “Вам не нужно было писать обоснование проекта. Вы просто шли к заведующему лабораторией и просили деньги. Так мне дали пятьдесят тысяч долларов – огромную сумму по тем временам. И я смог купить все необходимое для того, чтобы построить полутораметровый прототип”.
Самобытная атмосфера Фанерного дворца способствовала и тому, что над учеными не так, как в иных местах, довлел пресловутый принцип “Публикуйся или погибни”. Поэтому Рай имел возможность придерживаться в своей научной деятельности высоких стандартов. От него не требовали публиковать в рецензируемых журналах результаты неоконченных работ, неосуществленные идеи или данные небрежно проведенных экспериментов. Рай всегда сторонился такого способа академического карьерного роста, как избыточная публикационная активность. “Я никогда не публиковал слишком много статей, хотя впоследствии мне это аукнулось”.
Рай был предприимчив, практичен, успешен, но не честолюбив. Он проводил эксперименты из чистой любознательности, оставаясь при этом равнодушным к своей карьере. “Я и думать не думал о том, что мой испытательный срок истекает. Для этой мысли попросту не было места у меня в голове. Я ощущал себя профессором, которого только что взяли на работу, и намеревался заниматься самыми интересными исследованиями, какие только можно вообразить. И к черту все остальное!” Подобная беззаботность действительно позволяла ему рисковать, занимаясь исследованиями. Но она же лишила его удобства нахождения в мейнстриме научных изысканий. Астрофизические источники гравитационных волн были плохо изучены. Эксперимент Рая представлялся многим его коллегам сложной манипуляцией с непредсказуемым результатом (представьте, что вы собираетесь довести до кипения на медленном огне жидкость с неизвестной температурой кипения) – или вообще мог закончиться ничем. Да и в случае удачного его завершения было не слишком ясно, зачем он нужен.
– До меня стали доходить слухи, что коллеги волнуются из-за неопределенности моего будущего. Они поняли, что начатый мною проект слишком уж долгосрочный. По их мнению, мне следовало заняться тем, что сулит скорые результаты. Но, видите ли, я не из тех, кто нуждается в советах. Я работаю над задачей, которую мне важно решить, и плевать, сколько времени это займет.
Во главе отдела астрофизики стоял Берни Берк, и он заделался моим наставником. Я этого вовсе не хотел, однако же он самолично возложил на себя такую обязанность. И принялся курировать мою работу. Это было вполне в духе Берни. Он даже пытался давать мне советы: “Послушай, тебе никогда не видать постоянной должности. – я, кстати, понятия не имел, что это такое. – если ты не бросишь того, чем сейчас занимаешься. Откровенно говоря, это же бессмыслица, то, что ты делаешь. И ты до сих пор ничего не опубликовал.” И все в таком роде. “Ты должен чего-то добиться и сразу написать статью.”