Нобелевская премия по физике присуждена за гравитационные волны. Космическая рябь: Нобелевскую премию по физике присудили за изучение гравитационных волн За что присудили премию в прошлом году
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).
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).
Создатель удобрений и химического оружия
Одним из самых спорных обладателей Нобелевской премии стал Фриц Габер (Fritz Haber). Премия по химии была присуждена ему в 1918 году за изобретение метода синтеза аммиака - открытие, имеющее решающее значение для производства удобрений. Однако он также известен и как "отец химического оружия" из-за работ в области применения отравляющего газа хлора, использовавшегося в ходе Первой мировой войны.
Смертельное открытие
Другой немецкий ученый, Отто Ган (Otto Han) - на фото в центре - был удостоен "нобелевки" в 1945 году за открытие расщепления атомного ядра. Несмотря на то, что он никогда не работал над военным применением этого открытия, оно напрямую привело к разработке ядерного оружия. Ган получил премию спустя несколько месяцев после того, как были сброшены ядерные бомбы на Хиросиму и Нагасаки.
От Фридмана до Обамы: самые неоднозначные нобелевские лауреаты
Прорыв, оказавшийся под запретом
Швейцарский химик Пауль Мюллер получил премию по медицине в 1948 году за открытие того, что ДДТ может эффективно убивать насекомых, распространяющих такие болезни, как малярия. Использование пестицида спасло в свое время миллионы жизней. Однако позже экологи стали утверждать, что ДДТ представляет угрозу для здоровья человека и вредит природе. Сегодня его использование запрещено по всему миру.
От Фридмана до Обамы: самые неоднозначные нобелевские лауреаты
Неудобная награда
Из-за своей явной и косвенной политической окраски премия мира, пожалуй, самая противоречивая из всех нобелевских наград. В 1935 году немецкий пацифист Карл фон Осецкий (Carl von Ossietzky) получил ее за разоблачение секретного перевооружения Германии. Сам Осецкий находился в тюрьме по обвинению в измене, и возмущенный Гитлер обвинил комитет во вмешательстве во внутренние дела Германии.
От Фридмана до Обамы: самые неоднозначные нобелевские лауреаты
Премия (возможного) мира
Решение норвежского комитета присудить премию мира Госсекретарю США Генри Киссинджеру и лидеру Северного Вьетнама Ле Дык Тхо в 1973 году столкнулось с жесткой критикой. Нобелевская премия должна была стать символом признания заслуг в достижении прекращения огня в ходе вьетнамской войны, однако Ле Дык Тхо отказался от ее получения. Война во Вьетнаме продолжалась еще два года.
От Фридмана до Обамы: самые неоднозначные нобелевские лауреаты
Либертарианец и диктатор
Защитник свободного рынка Милтон Фридман - один из самых спорных получателей Нобелевской премии мира по экономике. Решение комитета в 1976 году вызвало международные протесты из-за связей Фридмана с чилийским диктатором Аугусто Пиночетом. Годом ранее Фридман действительно посетил Чили, и критики утверждают, что его идеи вдохновили режим, где применялись пытки и были убиты тысячи людей.
От Фридмана до Обамы: самые неоднозначные нобелевские лауреаты
Напрасные надежды
Премия мира, которую в 1994 году разделили палестинский лидер Ясир Арафат, премьер-министр Израиля Ицхак Рабин и израильский министр иностранных дел Шимон Перес, должна была послужить дополнительным стимулом для мирного урегулирования конфликта на Ближнем Востоке. Вместо этого дальнейшие переговоры провалились, а Рабин был убит израильским националистом год спустя.
От Фридмана до Обамы: самые неоднозначные нобелевские лауреаты
Жуткие мемуары
Правозащитница Ригоберта Менчу, отстаивающая интересы народа майя, получила премию мира в 1992 году "за борьбу за социальную справедливость". Впоследствии это решение вызвало много споров, так как в ее мемуарах были якобы обнаружены фальсификации. Описанные ею зверства о геноциде коренных народов Гватемалы сделали ее знаменитой. Однако многие убеждены, что она в любом случае заслуживала награды.
От Фридмана до Обамы: самые неоднозначные нобелевские лауреаты
Преждевременная награда
Когда премию мира в 2009 году присудили Бараку Обаме, удивлены были многие, включая и его самого. Находящийся к тому моменту менее года на посту президента, он получил премию за "огромные усилия по укреплению международной дипломатии". Критики и некоторые сторонники Обамы посчитали, что награда была преждевременной, и он получил ее еще до того, как у него появился шанс сделать реальные шаги.
От Фридмана до Обамы: самые неоднозначные нобелевские лауреаты
Посмертная награда
В 2011 году Нобелевский комитет назвал лауреатами премии по медицине Жюля Хоффмана, Брюса Бётлера и Ральфа Стейнмана за их открытия в области изучения иммунной системы. Проблема была в том, что за несколько дней до этого Стейнман умер от рака. Согласно правилам, премия не вручается посмертно. Но комитет все же присудил ее Стейнману, обосновав тем, что о его смерти тогда было еще не известно.
От Фридмана до Обамы: самые неоднозначные нобелевские лауреаты
"Величайшее упущение"
Нобелевская премия вызывает споры не только из-за того, кому она была присуждена, но и потому, что кто-то ее так и не получил. В 2006 году член Нобелевского комитета Гейр Лундестад заявил, что "несомненно, величайшим упущением за всю нашу 106-летнюю историю стало то, что Махатма Ганди так никогда и не получил Нобелевскую премию мира".
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".
Премии удостоились американские ученые Райнер Вайсс, Кип Торн и Барри Бариш
Американский ученый Райнер Вайсс
Москва. 3 октября. сайт - Нобелевскую премию по физике в 2017 году получили американские ученые: Райнер Вайсс, профессор физики Массачусетского технологического института, а также Кип Торн и Барри Бариш, профессора физики Калифорнийского технологического института, с формулировкой "за решающий вклад в детектор LIGO и за наблюдение гравитационных волн".
Вайсс (85 лет), Торн (77 лет) и Бариш (81 год) считались самыми главными претендентами на Нобелевскую премию по физике с момента объявления об обнаружении гравитационных волн в 2016 году коллаборациями LIGO и VIRGO.
The Nobel Prize (@NobelPrize) 3 октября 2017 г.
LIGO представляет собой две гравитационные обсерватории, расположенные в 3 тыс. км друг от друга - один неподалеку от Ливингстона (штат Луизиана), другой - возле Хэнфорда (Вашингтон).
Лазерные интерферометры собраны по Г-схеме, состоят из двух перпендикулярно расположенных оптических плечей. Их длина составляет четыре километра. Как поясняет N+1, луч лазера расщепляют на две составляющие, которые проходят по трубам, отражаются от их концов и объединяются вновь. В случае если длина плеча изменилась, изменяется характер интерференции между лучами, что фиксируется детекторами. Большое расстояние между обсерваториями позволяет увидеть разность во времени прибытия гравитационных волн - из предположения о том, что последние распространяются со скоростью света, разница времени прибытия достигает 10 миллисекунд.
Премия по физике - 2016
В прошлом году Нобелевскую премию по физике получили Дэвид Таулес, Дункан Холдейн и Майкл Костерлитц "за теоретические открытия в и топологических фазах материи". Топология - область математики, изучающая свойства геометрических объектов, которые сохраняются при непрерывных преобразованиях. Теоретическое обоснование в топологических переходах сможет в будущем помочь в создании квантового компьютера и имеет отношение к квантовым физическим явлениям.
Премия по медицине - 2017
Ранее в понедельник, 2 октября, назвали победителей Нобелевской премии по . Лауреатами стали ученые из США Джеффри Холл, Майкл Розбаш и Майкл Янг. Они удостоились награды за изучение молекулярных механизмов, регулирующих циркадные ритмы организма. Это суточные колебания различных параметров организма, характерные практически для всех живых существ.
Исследователи независимо друг от друга открыли на плодовой мушке Drosophila melanogaster ген и белок period, концентрация которого колеблется с периодичностью 24 часа и определяет работу "биологических часов" животного.
Лауреаты Нобелевской премии в 2017 году 9 млн шведских крон (около $1,12 млн). Нобелевский фонд впервые с 2001 года решил увеличить размеры премий лауреатам на 12,5%. Ранее победители получали 8 млн шведских крон (около $931 тыс.).
С учетом инфляции сумма в 9 млн крон немного превышает первую премию, выплаченную в 1901 году (109%). Общая сумма инвестированного капитала Нобелевского фонда на конец декабря 2016 года составляла 1,73 млрд крон.
Официальное вручение премий и медалей состоится в декабре 2017 года.