Нобелевская премия по физике за 2017 год была вручена создателям международной коллаборации LIGO, благодаря которым были обнаружены первые гравитационные волны - физикам Райнеру Вайссу, Барри Баришу и Кипу Торну. Половина от суммы награды досталась Вайссу, Бариш и Торн получили по четверти.
«Безусловно, очень заслуженная Нобелевская премия. По сравнению с премиями последних лет - одна из самых заслуженных премий, потому что это фундаментальное открытие, которого ждали 100 лет после того как Эйнштейн предсказал существование гравитационных волн. Получившие премию ученые внесли определяющий вклад в построение и создание гравитационной антенны в свое время, — прокомментировал «Газете.Ru» вручение премии российский физик, профессор Михаил Городецкий. —
В проекте LIGO участвует очень много стран, много коллективов из разных институтов, и Россия в том числе. В России две научные группы: одна в МГУ, другая в Нижегородском институте прикладной физики. То есть, и российские ученые внесли свой вклад в это открытие. Это действительно работа века».
Гравитационные волны — изменения гравитационного поля, распространяющиеся подобно волнам. Их существование предполагали многие ученые, в том числе — Альберт Эйнштейн. Впервые об обнаружении таких волн сообщил в 1969 году американский физик Джозеф Вебер, основатель гравитационно-волновой астрономии. По его словам, ему удалось поймать их при помощи резонансного детектора — механической гравитационной антенны.
Хотя ни один из дальнейших опытов не подтвердил сообщение Вебера, оно вызвало бурный рост работ в этом направлении во многих странах.
В числе экспериментаторов оказался и .
Гравитационные волны были обнаружены 14 сентября 2015 года на установках LIGO — лазерно-интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории. Сигнал исходил от слияния двух черных дыр массами 36 и 29 солнечных масс на расстоянии около 1,3 млрд световых лет от Земли. За доли секунды примерно три солнечные массы превратились в гравитационные волны, максимальная мощность излучения которых была примерно в 50 раз больше, чем от всей видимой Вселенной.
Об открытии ученые сообщили 11 февраля 2016 года, оно было сделано во время инженерного цикла работы оборудования (калибровочных работ). Это значит, что обнаружение гравитационных волн произошло до начала научного запуска.
А в июне 2016 года стало и о втором случае регистрации гравитационных волн, они были обнаружены сразу двумя детекторами LIGO 26 декабря 2015 года.
В отличие от сигнала, зарегистрированного при первом детектировании гравитационных волн, который был ясно виден на фоне шума, второй сигнал оказался слабее и не просматривался явно. Проанализировав характер мельчайших колебаний пробных масс детекторов, ученые сделали вывод,
что обнаруженные гравитационные волны опять были порождены двумя черными дырами, на этот раз более легкими — массами в 14 и 8 масс Солнца.
Если первое обнаружение гравитационных волн подтвердило предсказание общей теории относительности , сделанное в 1915 году, то регистрация двух сигналов в течение четырех месяцев первого цикла наблюдений детекторов Advanced LIGO позволит предсказывать, насколько часто будут обнаруживаться сигналы гравитационных волн в будущем.
Проект LIGO был основан в 1992 году, а наблюдения обсерватория начала в 2002-м.
«Кип Торн из Калтеха и Райнер Вайсс из Массачусетского Технологического института организовали консорциум двух крупнейших вузов в США, получили финансирование Национального научного фонда США. Через какое-то время, когда стало понятно, что даже США не сможет потянуть такой проект, произошло объединение международных усилий», - пояснил Городецкий.
Сегодня в коллаборацию входит более тысячи ученых из университетов 15 стран. Россия представлена двумя научными коллективами: группой физического факультета Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова и группой Института прикладной физики в Нижний Новгороде.
Основателем московской группы LIGO был российский физик Владимир Брагинский, в марте 2016 года.
С самого начала основные усилия были направлены на повышение чувствительности гравитационно-волновых детекторов, определение фундаментальных квантовых и термодинамических ограничений чувствительности, на разработку новых методов измерений. Теоретические и экспериментальные исследования российских ученых нашли воплощение при создании детекторов, позволивших непосредственно наблюдать гравитационные волны от слияния двух черных дыр.
В настоящее время коллектив научной группы Московского университета активно участвует в разработке гравитационно-волновых детекторов следующего поколения, которые придут на смену нынешним детекторам и обеспечат значительное увеличение их чувствительности, что позволит практически ежедневно обнаруживать гравитационно-волновые сигналы.
Вайсс, Торн и Бариш считались одними из главных претендентов на Нобелевскую премию еще в прошлом году, но слишком поздно заявили об открытии - принимает заявки только до 31 января.
Наиболее вероятными претендентами на Нобелевскую премию по физике назывались Митчелл Фейгенбаум за открытия в области нелинейных и хаотических систем, российский астрофизик за глубокий вклад в понимание Вселенной и Фаэдон Аворис, Пол Макюэн и Корнелис Деккер, которые сделали значительный вклад в исследования углеродных нанотрубок, графена, графеновых нанолент и их использования в электронике.
В 2016 году лауреатами Нобелевской премии ученые Джеймс Таулес из Университета Вашингтона, Фредерик Халдейн из Принстона и из Университета Брауна за развитие науки о топологических фазовых переходах.
Нобелевская премия по физике за 2017 год присуждена американским учёным Райнеру Вайссу, Барри Баришу и Кипу Торну за «решающий вклад» в создание обсерватории LIGO и наблюдение за гравитационными волнами.
Проект лазерно-интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории (LIGO) был предложен в 1992 году группой учёных из Калифорнийского и Массачусетского технологических институтов. Его главной задачей было экспериментальное обнаружение космических гравитационных волн, существование которых было предсказано ещё Альбертом Эйнштейном в рамках его общей теории относительности в 1916 году. При этом гениальный немецкий физик был уверен, что эти волны не удастся измерить.
Гравитационные волны (или так называемая рябь пространства-времени) появляются в результате крупнейших катастрофических событий во Вселенной, например столкновений чёрных дыр или взрывов звёзд. Затем эти волны свободно распространяются со скоростью света и могут быть зафиксированы при прохождении между свободно падающими телами — расстояние между ними изменяется.
Об обнаружении этого явления было официально объявлено в феврале 2016 года, когда группа учёных LIGO рассказала:
14 сентября 2015 года в 13:51 мск впервые были зарегистрированы гравитационные волны, возникшие после столкновения двух чёрных дыр, которое произошло 1,3 млрд лет назад.
До слияния чёрные дыры обладали весом 36 и 29 солнечных масс, однако после их столкновения суммарный вес нового объекта составил 62, а не 65 солнечных масс. За доли секунды порядка 5,96676 × 10³º кг вещества превратилось в ту самую «рябь пространства-времени», которая спустя 1,3 млрд лет прошла через Солнечную систему.
Максимальная мощность излучения была примерно в 50 раз больше, чем от всех звёзд видимой Вселенной. Однако когда сигнал достиг Земли, он был исключительно слабым (детекторы LIGO обнаружили относительные колебания величиною в 10 в -19-й степени метра).
Сам факт его фиксирования стал настоящим прорывом для физики, буквально открывшим новую эру в науке.
The waves came from a collision between two black holes. It took 1.3 billion years for the waves to arrive at the LIGO detector in the USA. pic.twitter.com/kg6vQbIm7t
— The Nobel Prize (@NobelPrize) 3 октября 2017 г.
Открытие было сделано на двух детекторах LIGO, расположенных в Ливингстоне (штат Луизиана) и Хэнфорде (штат Вашингтон) — в 3002 км друг от друга. Ведущий научный сотрудник Института ядерных исследований РАН Борис Штерн в разговоре с RT рассказал, что собой представляет обсерватория и как она работает.
«Это четырёхкилометровые трубы, в которых находится лазерный интерферометр, чувствующий смещение, которое в сто тысяч раз меньше размера ядра атома. В это трудно поверить, но методика отработана до совершенства, и такие ничтожные смещения фиксируют. Смещения происходят за счёт деформации пространства, которая происходит из-за гравитационных волн. Они же, в свою очередь, происходят потому, что где-то далеко встретились две чёрные дыры», — сказал Штерн.
Учёный добавил, что LIGO позволила подтвердить разработанную в начале ХХ века общую теорию относительности Эйнштейна, что стало «триумфом науки». Детекторы обсерватории предстоит и дальше использовать для научных работ и открытий.
«Теперь будем пользоваться этим для наблюдения за слиянием чёрных дыр. Как они образуются, как образуются сверхтяжёлые звёзды и другое. Здесь масса интересных астрофизических вопросов. Появилась новая отрасль астрофизики», — пояснил Штерн.
В феврале 2016 года учёные Калифорнийского технологического института также опубликовали звуковую интерпретацию гравитационных волн от столкновения чёрных дыр.
Российский вклад
В команду международного научного сообщества LIGO входят более тысячи человек из 20 стран мира, включая Россию, которая представлена коллективами физфака МГУ имени Ломоносова и группой нижегородского Института прикладной физики РАН. Московскую группу создал и вплоть до последнего времени возглавлял член-корреспондент РАН Владимир Брагинский — всемирно известный учёный и один из пионеров гравитационно-волновых исследований в мире. Группа МГУ участвует в проекте с 1992 года.
«С самого начала основные усилия были направлены на повышение чувствительности гравитационно-волновых детекторов, определение фундаментальных квантовых и термодинамических ограничений чувствительности, на разработку новых методов измерений», — сообщили RT в пресс-службе МГУ.
«Теоретические и экспериментальные исследования российских ученых нашли своё воплощение при создании детекторов, позволивших непосредственно наблюдать гравитационные волны от слияния двух чёрных дыр», — добавили в университете.
В настоящее время коллектив научной группы МГУ активно участвует в разработке гравитационно-волновых детекторов следующего поколения, которые призваны обеспечить значительное увеличение их чувствительности. Это позволит «практически ежедневно обнаруживать гравитационно-волновые сигналы», заявил руководитель российской группы LIGO, профессор физического факультета МГУ, доктор физико-математических наук Валерий Митрофанов.
Вручение Нобелевской премии состоится в Стокгольмской филармонии 10 декабря, в день смерти Альфреда Нобеля. Лауреаты получат из рук короля Карла XVI Густава золотую медаль и диплом. Бонусом к всемирному признанию и почёту станет выплата в размере 9 млн крон ($1,12 млн).
Нобелевский комитет по физике Королевской академии наук Швеции назвал имена призеров 2017 года. Американцы, Райнер Вайсс, Бэрри Бэрриш и Кип Торн стали нобелевскими лауреатами за открытие гравитационных волн . Причем половину призовой суммы ($1 млн 120 тысяч) получит Райнер Вайс, американский физик немецкого происхождения (Массачусетсткий технологический институт). Оставшиеся деньги поделят между собой Барри Бэриш и Кип Торн из Калифорнийского Технологического Института.
Это тот случай, когда заслуженной награде пришлось искать героев. Дело в том, что об открытии гравитационных волн впервые было объявлено еще 11 февраля 2016 года, после того, как обсерватория LIGO зафиксировала прохождение волны, рожденной 1,3 миллиарда лет назад в результате слияния двух чёрных дыр, массы которых превышали габариты Солнца в 36 и 29 раз соответственно. И научное сообщество ожидало, что Нобелевская премия авторам открытия будет вручена еще в прошлом году. Однако тогда награда досталась трем британским ученым за «теоретические открытия топологических фазовых переходов и топологических фаз материи».
В чем суть открытия?
Существование гравитационных волн предсказал Альберт Эйнштейн еще в 1916 году в рамках своей Теории относительности. Сегодня ученые получили доказательство правильности этой фундаментальной теории, на которой мы строим свои представления о Вселенной. Какие плоды нам может дать это знание? Когда Генрих Герц открыл электромагнитные волны, никто не мог предположить, что это открытие ляжет, например, в основу мобильной связи. Гравитационные волны - это открытие такого же порядка. Уже сейчас речь идет о создании нового раздела науки о космосе: гравитационно-волновой астрономии. С ее помощью мы узнаем об устройстве Вселенной гораздо больше, чем можем сейчас. Если повезет, ученые обнаружат гравитационные волны, образовавшиеся в результате Большого взрыва - это даст ключ к пониманию того, как был создан наш мир. А горячие головы утверждают, что с помощью гравитационных волн мы сможем путешествовать в иные миры.
Считается, что Райнер Вайс внес более весомый вклад в создание Лазерно-интерферометрическую гравитационно-волновую обсерваторию (LIGO) - инструмента с помощью которого волны пространства времени были детектированы (поэтому Вайс и получит большую часть премии).
LIGO состоит из двух обсерваторий, которые располагаются на расстоянии 3002 километра друг от друга. Их разнесли для того, чтобы определить откуда пришел сигнал. Дело в том, что гравитационные волны распространяются со скоростью света и расстояние от одной обсерватории до другой пробегают за 10 миллисекунд. Зная, какая станция первой зафиксировала сигнал и через какой промежуток времени волна достигла второй точки, можно довольно точно установить источник импульса.
Русские тоже поучаствовали
Несмотря на то, что Нобелевскую премию получили американские физики, в открытии гравитационных волн есть немалая заслуга российских ученых. Команда физиков из МГУ присоединилась к проекту LIGO в 1992 году, а исследователи из Института прикладной физики РАН (Нижний Новгород ) начали свое сотрудничество в 1997 году. Россияне внесли немалый вклад в создание гравитационно-волновых детекторов нового поколения: именно они смогли уловить слабую рябь пространства-времени.
Интересные факты
Размер премии по физике в нынешнем году составляет 9 млн. крон ($1,12 млн.). Всего премия в области физики присуждалась 110 раз 204 лауреатам.
Средний возраст победителей - 55 лет. Самый молодой лауреат - австралиец Лоренс Брэгг из Австралии (25 лет). Вместе со своим отцом Уильямом Генри Брэггом они получили премию в 1915 году за достижения в изучении кристаллов с использованием рентгеновского излучения.
Кстати, экспериментаторы получают премию чаще теоретиков - открытие должно быть существенным и универсально признанным мировым научным сообществом, а также подкрепленным реальными исследованиями. Награду дают только авторам научных статей, которые были опубликованы в рецензируемой печати.
Что получали по физике выходцы из России
В 2017 году в нобелевском списке претендентов на премию по физике фигурировал и российский астрофизик Рашид Сюняев . Он соавтор теории дисковой аккреции вещества на черные дыры - это самая цитируемая работа российских ученых за рубежом (более 8 тыс. ссылок в научной литературе).
Русские ученые очень успешны в номинации “физика”. Приз доставался им 10 раз, последний - в 2010 году: выходцы из России Андрей Гейм и Константин Новоселов получили нобелевку за создание тончайшего в мире материала, графена. Сейчас эти ученые работают в Великобритании .
В 2003 году Алексей Абрикосов и Виталий Гинзбург вместе с британцем Энтони Легеттом получили премию "за новаторский вклад в теорию сверхпроводников".
Получили американские ученые Райнер Вайсс, Барри Бариш и Кип Торн за вклад в развитие детектора лазерно-интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории (LIGO), который в 2015 году обнаружил гравитационные волны. Один из физиков, Кип Торн, является автором идеи известного научно-фантастического фильма «Интерстеллар», который вышел на экраны в 2014 году.
В чем суть открытия?
В том, что физики доказали существование гравитационных волн: колебаний, распространяющихся, как рябь пространства-времени.
Открытие гравитационных волн предсказывал Альберт Эйнштейн в своей теории относительности в 1915 году. В 2015 году ученые смогли доказать существование гравитационных волн. Зарегистрировать волны удалось с помощью лазерно-интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), которая представляет собой две гравитационные обсерватории, расположенные в 3000 километров друг от друга. Большое расстояние между ними позволяет увидеть разность во времени прибытия гравитационных волн. Была зарегистрирована гравитационная волна, получившаяся в результате слияния двух черных дыр массой 29 и 36 солнечных на расстоянии 1,3 миллиарда световых лет от нас.
Как объясняет автор Юрий Строфилов на портале санкт-петербург.ру , процесс формирования гравитационных волн можно представить примерно так:
«Батутная сетка. В углу лежит мяч, никуда не катится. И тут на середину батута залезает уборщица спорткомплекса баба Маша весом 150 килограмм. Она продавливает сетку батута, и мяч скатывается к ее ногам. Означает ли это, что уборщица притягивает мяч? Нет, ни мяч, ни баба Маша ничего не знают про существование друг друга, они взаимодействуют только с окружающим их пространством. Если теперь двумерную сетку заменить трехмерной и добавить еще одно измерение, — время — то мы получим картинку, которую нарисовал Эйнштейн в своей голове».
Райнер Вайсс сыграл ключевую роль в разработке детектора: огромного интерферометра с чрезвычайно низким уровнем шумов. Несколькими годами позже прототипы интерферометров были созданы под руководством Кипа Торна. А Барри Бэриш стал руководить развитием этого проекта и созданием детекторов с середины девяностых годов.
За что присудили премию в прошлом году?
Стали Дункан Халдейн, Дэвид Таулесс и Майкл Костерлиц за разработку теории топологических фазовых переходов. Данная теория помогает описывать сверхпроводимость, сверхтекучесть и магнитное упорядочение в тонких слоях материалов.
Нобелевская премия по физике была учреждена по воле шведского ученого Альфреда Нобеля и присуждается с 1901 года. Первым премию по физике получил Вильгельм Рентген за «открытие замечательных лучей, названных впоследствии в его честь».
Всего с 1901 по 2016 год было вручено 110 Нобелевских премий по физике. В этом году размер денежной премии увеличен с 8 до 9 миллионов шведских крон (более 1,1 млн долларов).
Нобелевской премии по физике за 2017 год удостоятся американцы Барри Бэриш, Райнер Вайсс и Кип Торн «за решающий вклад в детектор LIGO и наблюдение гравитационных волн», сообщается на сайте премии.
Возмущения пространства-времени от слияния пары черных дыр впервые 14 сентября 2015 года коллаборация LIGO (Laser Interferometric Gravitational Observatory), писала об открытии.
К настоящему времени зарегистрировано четыре сигнала от слияния черных дыр, последнее открытие LIGO совместно с обсерваторией Virgo. Существование гравитационных волн является одним из предсказаний общей теории относительности. Их открытие подтверждает не только последнюю, но и считается одним из доказательств существования черных дыр.
В середине 1970-х годов Вайсс (Массачусетский технологический институт) провел анализ возможных источников фонового шума, которые бы исказили результаты измерений, а также предложил необходимую для этого конструкцию лазерного интерферометра. Вайсс и Торн (Калифорнийский технологический институт) являются главными организаторами создания LIGO, Бэриш (Калифорнийский технологический институт) был главным исследователем LIGO с 1994 по 2005 годы, в период строительства и первоначальной эксплуатации обсерватории.
По традиции, в Стокгольме (Швеция) 10 декабря 2017 года, в день смерти , состоится официальная церемония вручения премии. Награду лауреатам передаст король Швеции Карл XVI Густав.
Сумма денежного вознаграждения в 2017 году 9 миллионов шведских крон (1,12 миллиона долларов) на всех лауреатов премии по физике. Вайсс получит половину премии, другую часть разделят поровну между собой Бэриш и Торн. Увеличение размера награды, которая обычно составляет около одного миллиона долларов (например, 8 миллионов шведских крон, или около 953 тысяч долларов, в 2016 году), произошло в результате укрепления финансовой устойчивости фонда.
Материалы по теме
Нобелевскую премию по физике присуждает Шведская королевская . Она же выбирает лауреатов из кандидатов, предлагаемых специализированными комитетами.
Накануне, 2 октября, нобелевскими лауреатами по медицине и физиологии за 2017 год были Джеффри Холл, Майкл Розбаш и Майкл Янг «за их открытия молекулярных механизмов, управляющих циркадным ритмом».
В 2016 году награду по физике , и «за теоретические открытия топологических фазовых переходов и топологических фаз материи».
Последним российским ученым, которому вручили Нобелевскую премию, можно считать физика-теоретика из Физического института Российской академии наук (ФИАНа), который удостоился ее в 2003 году за построение феноменологической теории сверхпроводимости. Вместе с ним награду получил советско-американский ученый ( полгода назад) и британско-американский физик Энтони Леггетт (Anthony Leggett) за изучение сверхтекучих жидкостей.
В 2010 году выпускники Московского физико-технического института и бывшие сотрудники РАН и лауреатами Нобелевской премии по физике за исследования графена - двумерной модификации углерода. На момент получения премии они работали в Манчестерском университете (Великобритания).
