Кому полезно открытие гравитационных волн, кроме физиков?

24 October 2017

О гравитационных волнах уже сказано довольно много, как в СМИ вообще, так и на "Кухне".

Хочется подвести своего рода итог, чтобы принять факт их существования, как данность, обозначив, при этом, вероятное практическое применение и направления дальнейшего развития этой по истине потрясающей, опередившей своё время, работы.

Суть гравитационных волн простыми словами

14.09.2015 учёные обсерватории LIGO смогли зафиксировать гравитационные волны, испущенные при столкновении двух чёрных дыр 1,3 миллиарда лет назад. 11 февраля 2016-го года на пресс-конференции в Вашингтоне группа этих учёных объявила о данном открытии, которое рано или поздно изменит развитие цивилизации. После этого оборудование LIGO, Virgo и других обсерваторий непрерывно совершенствовалось. В итоге, гравитационные волны от слияния чёрных дыр регистрировались уже целых 4 раза.

16 октября в 17:00 по Москве весь мир узнал об ещё одном выдающемся открытии астрономов, в частности, команды обсерваторий LIGO и Virgo и ещё 70 обсерваторий, в т.ч. гамма-обсерваторий Fermi и Integral. Обсерватории достигли таких мощностей, что смогли зафиксировать гравитационные волны от слияния двух нейтронных звёзд.

Можно, как и в самом первом случае, послушать звук слияния объектов:

Отличительной особенностью данного открытия стало то, что событие было зафиксировано и в оптическом диапазоне, то есть учёные буквально его увидели.

Фотография источника гравитационных волн — NGC 4993 (в центре различима вспышка)
Фото с сайта nplus1.ru
Фотография источника гравитационных волн — NGC 4993 (в центре различима вспышка) Фото с сайта nplus1.ru
Фотография источника гравитационных волн — NGC 4993 (в центре различима вспышка) Фото с сайта nplus1.ru

Никто не сомневался, что открытие гравитационных волн будет удостоено Нобелевской премии по физике и её вручили Райнеру Вайсу, Барри Баришу и Кипу Торну.

При этом, учёные совершенно не торопятся говорить о его практическом применении, что понятно – необходимо проанализировать результаты, сделать соответствующие выводы и только после этого двигаться дальше. Но каждый раз, когда приходится отвечать на подобные вопросы, специалисты напоминают, что ещё совсем недавно человечество точно также не знало, что делать с электромагнитными волнами, которые в итоге привели к настоящей научно-технической революции.

Напомню, что описаны гравитационные волны были в рамках ОТО в 1916 году Альбертом Эйнштейном.

Чем они могут быть полезны?

Во-первых, о том, что касается самой ОТО. Через день в СМИ различной степени желтезны можно найти информацию о том, что ОТО опровергнута, или она просто является обманом, а Эйнштейн – массоном-рептилоидом. Общая теория относительности была одним из самых глубоких научных и философских осознаний 20-го века и составляет основу самых интеллектуальных исследований в реальности. То, что человек смог разработать такой труд, имея лишь личное стремление к познанию окружающего мира, факт просто невероятный. В астрономии применения общей теории относительности ясны: от гравитационной линзы до измерения расширения Вселенной. Большая часть современных технологий используют уроки из теории относительности в некоторых вещах, которые считаются простыми. Например, спутники глобальной навигации не будут достаточно точными, если не применять простую корректировку замедления времени,
предсказанного теорией относительности.

При этом, следует понимать, что когда Эйнштейн представил свою теорию в 1916 году, её применение было мягко говоря сомнительным. Он просто описывал Вселенную такой, какой он её видел. И вот сейчас доказан очередной "фантастический" постулат теории относительности. Конечно, это вызывает бурю негодования у тех, кому физика побоку (хотя именно такие и жалуются на неточность навигации, например, в навигаторе смартфона). Спрашивать у астрофизиков о том, как могут быть использованы гравитационные волны, себе дороже.

«После того, как мы собрали данные от пар черных дыр, которые будут играть роль маяков, разбросанных по Вселенной»,- сказал физик-теоретик Неил Турок, директор Института Теоретической Физики в четверг во время видео-презентации.- «Мы сможем измерить скорость расширения Вселенной, или количество темной энергии с чрезвычайной точностью, намного точнее, чем мы можем сегодня».

Ну хорошо вам, скажут многие.

Применение?

Существует исключительно умозрительная интерпретация. Например, открытие рентгеновских лучей. Вильгельм Рентген в 1895 году обнаружил лучи, впоследствии названные его именем, во время опытов с электронно-лучевыми трубками. Лишь в 1901 году он получил за их открытие первую Нобелевскую премию по физике, при том, что сам он занимался их исследованием не более года, а основную часть работы сделали его последователи. В итоге эти электромагнитные волны станут ключевым компонентом в повседневной медицине.

Аналогично, первым экспериментальным созданием радиоволн в 1887 году, Генрих Герц подтвердил известные электромагнитные уравнения Джеймса Клерка Максвелла. Только спустя большой промежуток времени в 90-х годах 20-го века, Гульельмо Маркони, который создал радиопередатчик и радиоприемник, доказал их практическое применение, за что тоже получил Нобелевскую премию по физике в 1909 году. Также, уравнения Шрёдингера, описывающие сложный мир квантовой динамики начинают находить применение только сейчас в разработке сверхбыстрых квантовых вычислений, оставаясь во многом непознанными.

Инженер ЛИГО оценивает загрязнение интерферометра
Инженер ЛИГО оценивает загрязнение интерферометра
Инженер ЛИГО оценивает загрязнение интерферометра

Все научные открытия полезны, и многие, в конечном счёте, имеют повседневное применение, которое мы со временем воспринимаем, как должное. В настоящее время практическое применение гравитационных волн ограничивается астрофизикой и космологией – теперь у нас есть окно в «тёмной Вселенной», не видимой электромагнитному излучению. Без сомнения, учёные и инженеры найдут другое применение этим волнам, помимо зондирования Вселенной. Как минимум, обнаружению этих волн поспособствовало развитие технологий в оптической технике для LIGO.

Безусловно, обнаружение гравитационных волн – триумф человечества, который поможет изучить нашу Вселенную для будущих поколений. Это определенно золотой век для науки, в котором исторические открытия стали обычным делом.

А что, если пофантазировать?

Давайте попробуем заглянуть лет на 15-20 в будущее, когда себя проявят ныне живущие Теслы, Эйнштейны и Рентгены. Так как мы говорим о волнах, то в первую очередь на ум приходят телефонная, радио- и мобильная связь, интернет‑сети.

Я имею в виду, что на основе этого открытия могут быть созданы принципиально новые каналы беспроводной передачи данных, действующих на любые расстояния, не требующих ретрансляторов, характеризующихся высоким качеством связи, что значительно удешевит стоимость, упростит и ускорит развитие этих технологий.

Поисково‑спасательная отрасль. Уж если учёные собираются заглянуть в недра нейтронных звёзд при помощи гравитационных волн, то почему бы на их основе не создать принципиально новые устройства, способные прогнозировать землетрясения или, например, для поиска людей под завалами.


Поиск полезных ископаемых. Из вышесказанного вытекает и возможность создания устройств, предназначенных для обнаружения залежей полезных ископаемых, определения их промышленных запасов, оптимальных точки бурения (для нефти, газа и газового конденсата) и многое другое.


Дефектоскопия. Неразрушающий контроль сейчас является основным направлением в исследовании свойств материалов. Дистанционный контроль усталости металлов и композитов в критических режимах перед разрушением; управление и контроль за процессами синтеза материалов при помощи новейших технологий.

Медицина и биология. На основе изобретения могут быть созданы принципиально новые и абсолютно безопасные медицинские приборы и оборудование для диагностики состояния биологических систем и в лечебных целях. Безопасные, потому что гравитационные волны непрерывно проходят сквозь нас, никак не влияя на наше самочувствие.

Астрофизика. Здесь уже сейчас можно смело говорить о том, что речь может идти о новом этапе в изучении и освоении космоса. Гравитационные волны теоретически дают нам возможность, например, "увидеть, услышав" первые моменты существования Вселенной после Большого взрыва, и изучение этих волн от взаимодействия нейтронных звёзд — ещё один шаг на пути к пониманию величайшей загадки.

__________

Ссылка на канал в Telegram, в котором я публикую и статьи из Дзен, но в основном то, что сюда не входит по тем или иным причинам, а также немного различной отсебятины.

Мы также начали работать над каналом в YouTube. Пока вы можете посмотреть лекции и просто интересные видео, которые мы выкладываем, а любые пожелания и предложения можете высылать на почту science.kitchen@yandex.ru.

С уважением, Д.