Черните дупки и други мелодии от Космоса

„Ако ме пи­тате дали гравитационните вълни съществуват, съм длъжен да отгово­ря, че не знам. И все пак проблемът е изключително интересен“, казва Алберт Айнщайн на своя лекция преди близо век. Е, ние вече знаем. Съществуват. И за доказването им бе присъдена Нобеловата награда по физика за 2017 г. А в „Черни дупки и други мелодии от Космоса” е разказана завладяващата история на това изумително откритие, на хората, които десетилетия наред преобръщат представите за вселената, лутат се между надеждата и отчаянието… за да постигнат немислимото. Чуват как две черни дупки се сливат – прозвъняването на времепространството, което се движи със скоростта на светлината и което никой досега не бе чувал… ПРЕДГОВОР Всеки учен в някакъв момент е бил принуден да изостави своя оригинална идея, когато по пътя е открил по-добра. Това ми се е случвало както като учен, така и като автор. Бях се заела да напиша една книга, а по пътя открих друга. Намерението ми беше да съставя описание на черните дупки, като тръгна от Лазер интерферометърната гравитационно-вълнова обсерватория (ЛИГО) и разгледам мотивите за настървения интерес към математическата теория на черните дупки и техните астрофизични реалности. Като теоретик с научен интерес към резултатите, които обещаваше ЛИГО, продължавах да съм необяснимо откъсната от практическите битки на експериментаторите. Посещавайки експерименталните площадки обаче, аз се влюбих във физическата страна на експеримента и екстремността на предизвикателството. Завладя ме истинска възхита, но и загриженост, че тази мисия, която все още не оценявах напълно, може да е по-маргинализирана, противоречива и рискова, отколкото обикновено предполага подобен голям бюджет. По пътя открих една история, изтъкана от вечните теми: устрем, амбиция, любопитство, конфликт, упорство, непокорство. Насърчавана от своя редактор Дан Франк, положих огромни усилия да изоставя материал за близо цяла книга в преследване на повествованието, което ви очаква тук. При завършването на първата чернова през август 2015 г. експериментатори ми довериха да не очаквам откритие поне още две години. В това време Рей Уайс, един от архитектите на ЛИГО и ключов герой в тази книга, ми даде насока за заглавието „Черни дупки...“, изразявайки безпокойство, че съществува реална опасност експериментът да не открие черни дупки. Тази книга е колкото за процеса, толкова и за самата наука. Не бих могла да почувствам драматизма и несигурността на експеримента, ако успехът му беше гарантиран от самото начало. По едно изключително щастливо космическо съвпадение аз работех в условията на благотворното напрежение между сигурност и несигурност. Това не е история на успех или провал. Тя е за преследването, за онзи Фицкаралдовски почин за прекарването на параход през планина. Написах „Черни дупки...“ с очакване и ще съм вечно благодарна на своите забележителни колеги експериментатори за това, че ми предоставиха идеалния материал за епилога. СБЛЪСЪК НА ЧЕРНИ ДУПКИ Нейде във Вселената две черни дупки се сблъскват – масивни като звезди, но малки колкото градове, те са буквално черни (пълно отсъствие на светлина) дупки (празни вдлъбнатини). Приковани от гравитацията, в своите последни секунди заедно те препускат в хиляди завъртания около точката на последния си контакт, завихряйки пространството и времето до своя сблъсък и сливане в една по-голяма черна дупка – събитие по-могъщо от всяко друго още от възникването на Вселената, изригващо трилиони пъти по-голяма мощ от тази на милиард слънца. Черните дупки се сблъскват в пълен мрак. Нито частица от експлозията на сблъсъка не се излъчва под формата на светлина и никой телескоп не е способен да проследи случващото се. Източникът на това изобилие от енергия е сливането на черните дупки чисто гравитационно, като вълни в тъканта на времепространството, като гравитационни вълни. Носещ се наблизо астронавт не би забелязал нищо, но пространството, което заема, зазвънява и го деформира, смачква и разтегля. Ако се намира достатъчно близо, слуховият му механизъм би завибрирал в отговор. Астронавтът ще чуе вълната. В пустия мрак той ще чуе звъна на времепространството. (Като изключим гибелта му в черната дупка.) Гравитационните вълни са като звуци без материална среда. При сблъсъка си черните дупки издават звук. Звукът на гравитационна вълна не е долавян от никой човек, нито някога е бил безспорно регистриран от който и да било инструмент. Разпространението му след сблъсъка със скоростта на светлината би достигнало до Земята след милиард години и когато гравитационната вълна от сблъсъка най-сетне достигне планетата ни, грохотът вече ще е станал недоловимо слаб. Дори по-слаб. По-тих, отколкото бихме могли да опишем и с най-големите традиционни преувеличения. Когато гравитационната вълна достигне до нас, звънът на пространството ще доведе до относително изменение в разстоянието от порядъка на ширината на атомното ядро спрямо обиколката на три земни кълба. Преди половин век стартира кампания за записване на небесата. Към момента Лазер интерферометърната гравитационно-вълнова обсерватория (ЛИГО) е най-скъпото начинание, финансирано някога от Националната фондация за наука – независима федерална агенция, подкрепяща фундаментални научни изследвания. Съществуват две обсерватории ЛИГО – една в Ханфорд, щата Вашингтон, и втора в Ливингстън, щата Луизиана. Всяка машина е разположена на площ от 4 квадратни километра. С интегрирани разходи, надхвърлящи милиард долара, и международно сътрудничество на стотици учени и инженери, ЛИГО е кулминацията на цели научни кариери и десетилетни технологични иновации. През последните няколко години машините бяха изключени за обновяване на авангардните им възможности. От член на екипа научих, че било сменено всичко, с изключение на нищото – вакуума. Междувременно групи по целия свят изчисляват и обработват прогнози за Вселената в най-шумния є вариант, докато теоретици използват времето за разработване на алгоритми, изграждане на бази данни и развиване на методи за извличане на максимума от инструментариума. Много учени са отдали целия си живот на експерименталната цел да се измери „промяна в разстоянието, сравнима с дебелината на човешки косъм спрямо 100 милиарда пъти обиколката на земното кълбо.“ През, да се надяваме, предостатъчните години след първото засичане целта е наземни обсерватории да регистрират звуците от катаклизмични астрономически събития от всевъзможни посоки и разстояния. Мъртви звезди се сблъскват, стари звезди избухват, случил се е и Големият взрив. Времепространството може да зазвъни от какви ли не мощни катаклизми. През активния живот на обсерваториите учени ще възпроизвеждат дрънчащата какофония, акомпанираща немия филм за историята на Вселената, който човечеството е компилирало от застинали изображения на небето – една поредица от моментни снимки, уловени през изминалите четиристотин години от мига, в който Галилей за първи път насочил самоделния си телескоп към Слънцето. Проследявам този монументален опит за измерване на миниатюрни отклонения във формата на времепространството отчасти като учен, който се надява да допринесе с нещо в едно толкова монолитно поле, и отчасти като писател с надеждата да документирам първите регистрирани от човека свидетелства за истински черни дупки. Докато глобалната мрежа от гравитационни обсерватории приближава финалната права от тази надпревара, става все по-трудно да се отвър-не поглед от това обещание за голямо откритие, макар някои все още сериозно да се съмняват в изгледите за успех. Въпреки противоречивото си начало, противопоставянето на влиятелни учени, мъчителни вътрешни битки и тежки технически дилеми ЛИГО се възстанови и нарасна, достигайки най-смелите очаквания и многократно увеличавайки способностите си. Пет десетилетия след поставеното начало на тази експериментална амбиция се намираме в навечерието на сблъсъка на една колосална машина с един лек полъх от звук. Една идея, проблеснала през 60-те години на ХХ в., един мисловен експеримент, едно пленително хайку сега е приело форма от метал и стъкло. Авангардната ЛИГО започна да записва небесата през есента на 2015 г. – един век след като Айнщайн публикувал своето математическо описание на гравитационните вълни. Инструментите трябва да достигнат оптимална чувствителност в рамките на година-две, а може би три. Първото поколение машини доказа концепцията, но успехът продължава да не е гарантиран. Природата невинаги се подчинява. Авангардните машини ще се прицелват, ще търпят настройване, корекции и калибровки и ще чакат да се случи нещо необикновено, докато учените напълно загърбят съмненията си и се устремят към финиша. Тази книга е колкото хроника на гравитационните вълни – един звуков регистър на историята на Вселената, саундтракът към един ням филм, – толкова и отдаване на почит към това епично и изнурително донкихотовско експериментално начинание, почит към една безразсъдна мечта.