Астрофизик-теоретик Кип Торн работает с Джессикой Честейн на съемочной площадке 'Интерстеллар'.(Источник: Кип Торн из журнала Wired)
В течение столетия с тех пор, как Альберт Эйнштейн впервые опубликовал свою новаторскую общую теорию относительности, ведущие умы мира стремились выяснить, верны ли предсказания, вытекающие из его теории. Один из этих умов, Кип Торн, провел всю свою карьеру, исследуя утверждение Эйнштейна о том, что гравитационные волны действительно существуют, и считается ведущим мировым экспертом в этой области. Торн сейчас находится на пороге одного из самых поразительных научных открытий в современной истории человечества: обнаружение этих волн .
Как профессор теоретической физики в Калифорнийском технологическом институте Торн опубликовал множество книг и статей по теории гравитации. В 1984 году Торн стал соучредителем проекта LIGO (лазерная интерферометрическая обсерватория гравитационных волн), который использует лазеры для измерения крошечных искажений в ткани пространства-времени - искажений, которые могут быть вызваны гравитационными волнами.
В 1994 году он написал отмеченный наградами Черные дыры и искажения времени: возмутительное наследие Эйнштейна, книга, которая связывает широкую аудиторию с его сложной областью исследований. Десять лет спустя Торн стал научным консультантом Межзвездный и предоставил математику, необходимую для точного создания грандиозных визуальных эффектов фильма. Он также опубликовал Наука Межзвездного с нападающим Кристофером Ноланом.
14 сентября 2015 года ученые, работающие на объектах-близнецах LIGO в Ливингстоне, штат Луизиана, и Хэнфорде, штат Вашингтон, дали присягу хранить тайну после того, как первоначальные данные указали на обнаружение мощного космического события, которое произошло давным-давно. После нескольких месяцев проверки и перепроверки данных, а также после того, как новости начали просачиваться среди общественности, исследователи из лабораторий LIGO, принадлежащих Калифорнийскому технологическому институту и Массачусетскому технологическому институту, объявили о необычном обнаружении гравитационных волн. Как новое окно во Вселенную, волны открыли слияние двух черных дыр почти 1,3 миллиарда лет назад.
Наблюдатель сел с Кипом Торном перед его мультимедийное сотрудничество с мастером визуальных эффектов Полом Франклином и оскароносным композитором Хансом Циммером на Искаженная сторона Вселенной , обсудить Эйнштейна, гравитационные волны и его работу над Межзвездный .
Что такое общая теория относительности Эйнштейна?
Это основа для всех законов физики, кроме квантовых. Обычно люди говорят: «Хорошо», это его теория гравитации, но это далеко не все. Он построил эту теорию, чтобы объяснить гравитацию, но на самом деле эта теория делает гораздо больше. Он рассказывает вам, как все остальные законы природы вписываются в пространство и время.
Это наиболее точный из известных нам способов описания природы в том, что мы бы назвали классической областью, которая представляет собой все, кроме случаев, когда вы доходите до очень маленьких вещей, таких как атомы и молекулы.
Как теория Эйнштейна связана с гравитационные волны ?
Эйнштейн сформулировал свою общую теорию относительности в очень напряженных усилиях, которые длились с 1905 по 1915 год, и он завершил теорию в ноябре 1915 года - чуть более ста лет назад. Затем он начал использовать теорию или эти законы, которые он разработал, чтобы делать прогнозы. Одно из самых важных предсказаний и последнее крупное предсказание, которое он сделал, заключалось в том, что гравитационные волны должны существовать. Он предсказал это в июне 1916 года, так что теперь мы говорим всего через два месяца после столетия предсказания гравитационных волн.
Он посмотрел на предсказания, взглянул на технологии того времени, посмотрел на вещи, которые могут создавать гравитационные волны во Вселенной, и пришел к выводу, что безнадежно, что мы когда-либо их увидим. У нас просто никогда не было бы достаточно точных технологий.
Он был не прав. Мы впервые увидели их в сентябре прошлого года.
На временной шкале от предсказаний Эйнштейна до недавнего открытия гравитационных волн, какой поворотный момент привел к прорыву?
Что ж, было несколько поворотных моментов. Два самых важных поворотных момента произошли от двух конкретных людей. Примерно в 1960 году Джозеф Вебер разработал метод, который выглядел так, как будто он может видеть гравитационные волны, и предпринял попытку их найти. Он был первым, кто подверг сомнению утверждение Эйнштейна о том, что у нас не будет технологий для этого. Вебер не видел гравитационных волн. Некоторое время он думал, что видел, но на самом деле их не видел. Волны слабее, чем он надеялся, но он разбил затор, в котором люди думали, что вы просто не можете этого сделать, и вдохновлял других. Включая меня.
Вторым поворотным моментом стало изобретение Рэй Вайс из Массачусетского технологического института но семена этой идеи исходили ранее от Михаила Герценштейна и Владислава Пустовойта из Москвы, Россия. Рэй Вайс изобрел эту технику, которую мы используем сейчас, и она отличалась от техники Вебера. Мы называем это интерферометрическим обнаружением гравитационных волн, и оно основано на гравитационных волнах, толкающих зеркала вперед и назад. Вы измеряете большинство зеркал с помощью лазерных лучей.
Вайс изобрел это, а затем проанализировал все основные источники шума, с которыми вам придется столкнуться, и описал, как с ними бороться. В 1972 году он разработал план дальнейшего развития такого дизайна. Это был план, который был изменен разными способами, но не сильно. Это действительно был дизайн, который десятилетиями выдерживал испытание временем в качестве руководства для решения этой задачи. Это был самый большой поворотный момент.
Это довольно интересно, потому что Рэй - скромный парень, и у него была идея, что не следует публиковать это в обычной литературе, пока он не обнаружит гравитационные волны. Поэтому он написал эту статью, которую я считаю самой сильной технической статьей, которую я когда-либо читал. Он написал ее и опубликовал во внутренней серии отчетов Массачусетского технологического института. Он был легко доступен таким людям, как я, которые интересовались этой темой. Вам пришлось искать его, потому что его не было в обычной литературе.
Что будет дальше с этой областью теперь, когда были обнаружены гравитационные волны?
Что ж, это действительно только начало. Когда Галилей впервые направил свой оптический телескоп на небеса и открыл современную оптическую астрономию, это было первое из электромагнитных окон во Вселенной: свет. Мы используем фразу «окно» для обозначения определенных технологий, которые мы используем для поиска излучения с определенным диапазоном длин волн. В 1940-х годах родилась радиоастрономия - смотреть с помощью радиоволн вместо света. В 1960-х годах зародилась рентгеновская астрономия. В 1970-х годах родилась гамма-астрономия. Инфракрасная астрономия также зародилась в 1960-х годах.
Вскоре у нас были все эти разные окна, которые смотрели с помощью электромагнитных волн, но с разными длинами волн. Вселенная выглядит в радиотелескоп и рентгеновский телескоп совсем иначе, чем в свете. То же самое происходит с гравитационно-волновой астрономией.
Будут ли гравитационные волны использоваться для исследования Вселенной?
Вот чем мы сейчас занимаемся. Мы делаем это сейчас в LIGO. Мы объявили об открытии двух сталкивающихся черных дыр. Их будет больше, и мы увидим много других явлений, но мы видим их только с гравитационными волнами, которые имеют определенный период колебаний. Период в несколько миллисекунд. В течение следующих 20 лет мы увидим гравитационные волны с периодами в несколько часов. 
Лаборатория LIGO в Ливингстоне, штат Луизиана (слева), использовалась для обнаружения гравитационных волн, исходящих от столкновения двух черных дыр (показано справа).Кредиты: LIGO
С детекторами, подобными LIGO, которые летают в космосе, мы, вероятно, в следующие 5 лет увидим гравитационные волны, охватывающие годы, с помощью радиоастрономической техники, которая включает отслеживание того, что мы называем пульсарами.
Мы, вероятно, увидим в ближайшие 5 лет - наверняка следующие 10 лет - гравитационные волны с периодами почти равными возрасту Вселенной. Они создают в небе узоры, которые мы называем космическим микроволновым фоном.
В течение следующих 20 лет у нас будет четыре разных окна с гравитационными волнами, и в каждом из них будет что-то свое. С этим мы будем исследовать рождение Вселенной. Так называемая «инфляционная эра» Вселенной. Мы будем исследовать рождение фундаментальных сил и то, как они возникли. Мы будем наблюдать, как они рождаются в самые ранние моменты существования Вселенной с помощью гравитационных волн. Мы будем наблюдать, как сталкиваются черные дыры, что мы сейчас и делаем, но сталкиваются огромные черные дыры. Мы будем смотреть, как черные дыры разрывают звезды.
Мы увидим фантастический набор вещей, которых мы никогда раньше не видели, и это будет продолжаться веками, как оптическая астрономия продолжалась веками. Это только начало.
Вы работали с Кристофером Ноланом и Пол Франклин создаст науку и визуальные эффекты за Межзвездный. Насколько точна была черная дыра в фильме Гаргантюа?
Это наиболее точное изображение из голливудских фильмов. Оливер Джеймс, главный научный сотрудник Пол Франклин Компания Двойной отрицательный с моей настойчивостью изобрел совершенно новый способ визуализации. В этом смысле изображения получаются более гладкими и точными. Это то, что вам нужно для фильма в формате IMAX.
Мы использовали новый набор методов, но, используя старый набор методов, астрофизики создавали изображения, подобные образу Гаргантюа, начиная с 1980 года. Впервые это сделал Жан-Пьер Люмине во Франции. Изображения черных дыр, напоминающих Гаргантюа, есть, но вы редко видели их в астрофизической литературе. Это не то, что на самом деле астрономы видят в свои телескопы. 
Гаргантюа, вымышленная черная дыра, изображенная в фильме «Интерстеллар».(Источник: Warner Bros.)
Это версия с самым высоким разрешением, самая привлекательная и самая захватывающая версия. Но точные изображения были сделаны астрофизиками и раньше.
В фильме профессор Брэнд объясняет, что к тому времени, когда Купер вернется из своего межзвездного путешествия, он решит проблему гравитации. Что это за проблема?
В фильме Земля биологически умирает, и осталось всего несколько миллионов человек. Задача профессора Брэнда и людей, работающих с ним, состоит в том, чтобы выяснить, возможно ли поднять оставшихся людей с Земли в космических колониях. У них не было на это ракетной мощности. У них была возможность строить космические колонии на Земле, но не было ракетной мощности, чтобы поднять их.
В фильме есть гравитационные аномалии, которые произошли довольно внезапно, и эта странность, связанная с гравитацией, которая начала возникать, подсказала профессору Брэнду, что можно было бы контролировать гравитацию или изменить ее поведение.
Что он хотел сделать, так это ослабить гравитационное притяжение Земли на достаточно долгое время, чтобы использовать небольшую ракетную мощность, чтобы поднять нас. Тогда проблема заключалась в том, чтобы научиться использовать эти аномалии. Вы видите пример аномалии в спальне Мёрф - падающую пыль. Сможете ли вы обуздать эти аномалии и снизить гравитацию Земли?
Как далеко человечество от межзвездных путешествий?
Я думаю, что мы, вероятно, сделаем это, но не менее чем через три столетия. Это очень-очень сложно.
Есть идеи, как это можно сделать, как правило, с размещением людей в космических колониях, которые существуют на протяжении многих поколений. Есть идеи двигателей, которые были у людей, которые заставляют меня думать, что они будут реализованы людьми через три или четыре столетия.
Прочтите наше интервью с оскароносным художником по визуальным эффектам. Межзвездный , Пол Франклин.
Робин Семангал специализируется на НАСА и пропаганде освоения космоса. Он родился и вырос в Бруклине, где проживает в настоящее время. Найди его на Instagram для получения дополнительной информации о космосе: @not_gatsby.
