A little over 100 years ago, in 1915, Einstein published his theory of general relativity, which is sort of a strange name, but it's a theory that explains gravity. It states that mass -- all matter, the planets -- attracts mass, not because of an instantaneous force, as Newton claimed, but because all matter -- all of us, all the planets -- wrinkles the flexible fabric of space-time.
Немногим больше ста лет назад, в 1915 году, Эйнштейн опубликовал общую теорию относительности. Название теории странновато, ведь теория объясняет силу притяжения. Согласно его теории массы — материя, планеты — притягиваются не под действием непосредственно возникающей силы, как сказал Ньютон, а потому, что материя — люди, планеты — изгибают ткань пространства-времени.
Space-time is this thing in which we live and that connects us all. It's like when we lie down on a mattress and distort its contour. The masses move -- again, not according to Newton's laws, but because they see this space-time curvature and follow the little curves, just like when our bedmate nestles up to us because of the mattress curvature.
Мы живём в пространстве и времени, это то, что связывает всех нас. Представьте, что вы лежите на матрасе и деформируете его. Массы двигаются, но не по законам Ньютона, а потому, что видят кривизну пространства-времени и следуют за этими искривлениями, так же как и тот, кто спит рядом с нами, прижимается к нам из-за неровности матраса.
(Laughter)
(Смех)
A year later, in 1916, Einstein derived from his theory that gravitational waves existed, and that these waves were produced when masses move, like, for example, when two stars revolve around one another and create folds in space-time which carry energy from the system, and the stars move toward each other. However, he also estimated that these effects were so minute, that it would never be possible to measure them. I'm going to tell you the story of how, with the work of hundreds of scientists working in many countries over the course of many decades, just recently, in 2015, we discovered those gravitational waves for the first time.
Годом позже, в 1916 году, Эйнштейн на основе своей теории пришёл к выводу о существовании гравитационных волн. Они возникают при движении масс, например, когда две звезды вращаются вокруг друг друга, они производят сгибы в пространстве-времени, которые забирают энергию из системы и заставляют звёзды приближаться. Однако он также подсчитал, что эти эффекты настолько малы, что их невозможно измерить. Я расскажу вам, как благодаря сотням учёных из многих стран, работающих в течение многих десятилетий, наконец-то в 2015 году мы впервые смогли увидеть эти гравитационные волны.
It's a rather long story. It started 1.3 billion years ago. A long, long time ago, in a galaxy far, far away --
Это довольно длинная история. Всё началось 1,3 миллиарда лет назад. Давным-давно, в далёкой-придалёкой галактике,
(Laughter)
(Смех)
two black holes were revolving around one another -- "dancing the tango," I like to say. It started slowly, but as they emitted gravitational waves, they grew closer together, accelerating in speed, until, when they were revolving at almost the speed of light, they fused into a single black hole that had 60 times the mass of the Sun, but compressed into the space of 360 kilometers. That's the size of the state of Louisiana, where I live. This incredible effect produced gravitational waves that carried the news of this cosmic hug to the rest of the universe.
существовало две чёрные дыры, которые вращались вокруг друг друга, так сказать, «танцуя танго». Сначала медленно, но из-за излучения гравитационных волн они приближались друг к другу, ускоряясь до тех пор, пока не начали вертеться почти со скоростью света. Они слились в одну чёрную дыру, которая в 60 раз превышала массу Солнца, и при этом была размером всего в 360 км. Это размер штата Луизиана, где я живу. Этот невероятный эффект вызвал гравитационные волны, оповестившие об этом «космическом объятии» всю Вселенную.
It took us a long time to figure out the effects of these gravitational waves, because the way we measure them is by looking for effects in distances. We want to measure longitudes, distances. When these gravitational waves passed by Earth, which was in 2015, they produced changes in all distances -- the distances between all of you, the distances between you and me, our heights -- every one of us stretched and shrank a tiny bit. The prediction is that the effect is proportional to the distance. But it's very small: even for distances much greater than my slight height, the effect is infinitesimal. For example, the distance between the Earth and the Sun changed by one atomic diameter. How can that be measured? How could we measure it?
Изучение эффекта гравитационных волн заняло у нас много времени, потому что единственный способ их измерить — это поиск эффектов на расстоянии. Мы хотим измерить длину и расстояние. Когда гравитационные волны прошли через Землю в 2015 году, изменения произошли на всех расстояниях — расстояниях между вами, расстояниях между вами и мной, в длине нашего роста — мы все немного растянулись и сократились. Мы ожидали, что эффект будет пропорционален расстоянию, но он очень мал: даже для расстояний, превышающих мой невысокий рост, эффект бесконечно мал. Например, расстояние между Землёй и Солнцем изменилось на один атомный диаметр. Как можно это измерить? Как мы можем это измерить?
Fifty years ago, some visionary physicists at Caltech and MIT -- Kip Thorne, Ron Drever, Rai Weiss -- thought they could precisely measure distances using lasers that measured distances between mirrors kilometers apart. It took many years, a lot of work and many scientists to develop the technology and develop the ideas. And 20 years later, almost 30 years ago, they started to build two gravitational wave detectors, two interferometers, in the United States. Each one is four kilometers long; one is in Livingston, Louisiana, in the middle of a beautiful forest, and the other is in Hanford, Washington, in the middle of the desert.
Около пятидесяти лет назад в Калтехе и МТИ работали физики-мечтатели — Кип Торн, Рон Древер, Рай Вайс, которые предположили, что могут рассчитать точное расстояние, используя лазеры, измеряющие расстояния между зеркалами, расположенными в километрах друг от друга. Потребовалось много лет и усилий многих учёных, чтобы разработать идею и технологию, и спустя 20 лет, точнее, почти 30 лет назад, больше 20, началась разработка двух детекторов гравитационных волн — двух интерферометров в Соединённых Штатах, каждый длиной в четыре км. Один расположен в штате Луизиана, в живописном лесу города Лигвистон. Другой — в Хэнфорде, штат Вашингтон, посреди пустыни.
The interferometers have lasers that travel from the center through four kilometers in-vacuum, are reflected in mirrors and then they return. We measure the difference in the distances between this arm and this arm. These detectors are very, very, very sensitive; they're the most precise instruments in the world. Why did we make two? It's because the signals that we want to measure come from space, but the mirrors are moving all the time, so in order to distinguish the gravitational wave effects -- which are astrophysical effects and should show up on the two detectors -- we can distinguish them from the local effects, which appear separately, either on one or the other.
Лазеры внутри интерферометров движутся из центра, в четырёхкилометровом вакууме, отражаются в зеркалах и возвращаются в центр, и мы измеряем разницу в расстоянии между этими двумя точками. Эти детекторы очень чувствительны, это самые точные инструменты в мире. Почему мы сделали два? Потому что сигналы, которые мы измеряем, рождаются в пространстве во время движения внутри зеркал, поэтому для изучения эффектов гравитационных волн, которые детекторы смогут распознать по астрофизической природе этих эффектов, мы должны распознать их внутри локальных эффектов, которые возникают по отдельности друг от друга.
In September of 2015, we were finishing installing the second-generation technology in the detectors, and we still weren't at the optimal sensitivity that we wanted -- we're still not, even now, two years later -- but we wanted to gather data. We didn't think we'd see anything, but we were getting ready to start collecting a few months' worth of data. And then nature surprised us.
В сентябре 2015 года мы установили второе поколение технологий в этих детекторах, но всё ещё не добились нужной нам точности. Мы ещё не готовы к этому, даже спустя два года, и тем не менее мы хотим уже начать собирать данные. Мы не думали, что мы что-нибудь увидим, и всё же несколько месяцев готовились к этой возможности, и природа нас удивила.
On September 14, 2015, we saw, in both detectors, a gravitational wave. In both detectors, we saw a signal with cycles that increased in amplitude and frequency and then go back down. And they were the same in both detectors. They were gravitational waves. And not only that -- in decoding this type of wave, we were able to deduce that they came from black holes fusing together to make one, more than a billion years ago. And that was --
14 сентября 2015 года мы увидели в двух детекторах гравитационную волну. Оба детектора показали сигнал внутри циклов, одинаково растущих и угасающих в частотной амплитуде в обоих детекторах. Это были гравитационные волны. И это не всё — расшифровав эту форму волны, мы могли предположить, что они произошли из чёрных дыр, слившихся в одно целое более миллиарда лет назад. И это было...
(Applause)
(Аплодисменты)
that was fantastic.
Это было потрясающе.
At first, we couldn't believe it. We didn't imagine this would happen until much later; it was a surprise for all of us. It took us months to convince ourselves that it was true, because we didn't want to leave any room for error. But it was true, and to clear up any doubt that the detectors really could measure these things, in December of that same year, we measured another gravitational wave, smaller than the first one. The first gravitational wave produced a difference in the distance of four-thousandths of a proton over four kilometers. Yes, the second detection was smaller, but still very convincing by our standards. Despite the fact that these are space-time waves and not sound waves, we like to put them into loudspeakers and listen to them. We call this "the music of the universe." I'd like you to listen to the first two notes of that music.
Сначала мы не могли в это поверить. Этого не могло случиться так скоро. Это был сюрприз для всех. Потребовались месяцы, чтобы подтвердить предположения и не допустить ошибки. Но всё подтвердилось, и чтобы развеять остатки сомнений, что детекторы действительно могут измерить волны, в декабре того же года мы измерили ещё одну гравитационную волну, меньшую, чем первая. Первая гравитационная волна показала разницу расстояний в четыре тысячных протонов. Около четырёх километров. Да, второй замер был меньше, но по прежнему убедительный по нашим стандартам. Хотя это пространственно-временные, а не звуковые волны, нам нравится прослушивать их через колонки. Мы называем это «музыкой Вселенной». Я хочу, чтобы вы услышали первые две ноты этой музыки.
(Chirping sound)
(Свист)
(Chirping sound) The second, shorter sound was the last fraction of a second of the two black holes which, in that fraction of a second, emitted vast amounts of energy -- so much energy, it was like three Suns converting into energy, following that famous formula, E = mc2. Remember that one? We love this music so much we actually dance to it. I'm going to have you listen again.
(Свист) Вторая, более короткая, всего в долю секунды — это звук двух чёрных дыр, которые в эту долю секунды осуществили выброс энергии, сравнимый по мощностью со взрывом трёх солнц, превращающимся в энергию по известной формуле E = mc2. Вы помните? Нам настолько нравится эта музыка, что даже танцуем под неё. Поэтому я ещё раз заставлю вас её послушать.
(Chirping sound)
(Свист)
(Chirping sound) It's the music of the universe!
(Свист) Музыка Вселенной!
(Applause)
(Аплодисменты)
People frequently ask me now: "What can gravitational waves be used for? And now that you've discovered them, what else is there left to do?" What can gravitational waves be used for?
Люди часто спрашивают меня, для чего нужны гравитационные волны? И теперь, когда вы их обнаружили, что ещё предстоит сделать? Для чего нужны гравитационные волны?
When they asked Borges, "What is the purpose of poetry?" he, in turn, answered, "What's the purpose of dawn? What's the purpose of caresses? What's the purpose of the smell of coffee?" He answered, "The purpose of poetry is pleasure; it's for emotion, it's for living."
Когда Борхеса спросили, для чего нужна поэзия, он задал ответный вопрос: «А какова польза от восхода солнца? Для чего нужна нежность? Зачем кофе его запах?» И сам же ответил: «Поэзия служит для удовольствия, для эмоций, для жизни».
And understanding the universe, this human curiosity for knowing how everything works, is similar. Since time immemorial, humanity -- all of us, everyone, as kids -- when we look up at the sky for the first time and see the stars, we wonder, "What are stars?" That curiosity is what makes us human. And that's what we do with science.
Мы хотим понять Вселенную из человеческого любопытства — мы хотим знать, как всё работает. Человечество с незапамятных времён, включая всех нас, впервые посмотрев на небо и увидев звёзды, задаётся вопросом: «Что такое звёзды?» Это любопытство делает нас людьми, а мы, люди, делаем это наукой.
We like to say that gravitational waves now have a purpose, because we're opening up a new way to explore the universe. Until now, we were able to see the light of the stars via electromagnetic waves. Now we can listen to the sound of the universe, even of things that don't emit light, like gravitational waves.
Нам нравится считать, что гравитационные волны уже приносят нам пользу, потому что мы открываем новый способ изучения Вселенной. До сих пор мы могли видеть свет звёзд через электромагнитные волны. Теперь мы можем услышать звуки Вселенной через субстанции, не излучающие свет, — через гравитационные волны.
(Applause)
(Аплодисменты)
Thank you.
Спасибо.
(Applause)
(Аплодисменты)
But are they useful? Can't we derive any technology from gravitational waves?
Но разве они служат только для этого? Могут ли гравитационные волны стать частью какой-либо технологии?
Yes, probably. But it will probably take a lot of time. We've developed the technology to detect them, but in terms of the waves themselves, maybe we'll discover 100 years from now that they are useful. But it takes a lot of time to derive technology from science, and that's not why we do it. All technology is derived from science, but we practice science for the enjoyment. What's left to do? A lot. A lot; this is only the beginning.
Мы надеемся, что да. Однако её разработка — вопрос будущего. Мы разработали технологию для обнаружения волн, но нам потребуется не менее ста лет, чтобы понять, могут ли сами волны служить для чего-то. Разработка научных технологий требует много времени, а мы изучаем волны не для этого. Все технологии основаны на науке, но наука, которой мы занимаемся, служит для удовольствия. Что ещё предстоит сделать? Очень многое. Очень, очень многое. Это только начало.
As we make the detectors more and more sensitive -- and we have lots of work to do there -- not only are we going to see more black holes and be able to catalog how many there are, where they are and how big they are, we'll also be able to see other objects. We'll see neutron stars fuse and turn into black holes. We'll see a black holes being born. We'll be able to see rotating stars in our galaxy produce sinusoidal waves. We'll be able to see explosions of supernovas in our galaxy. We'll be seeing a whole spectrum of new sources.
Поскольку мы создаём очень чувствительные детекторы и нам ещё предстоит многое сделать, мы не только увидим больше чёрных дыр, мы сможем сделать каталог, чтобы узнать, сколько их там, где они, насколько они велики, а так же увидим и другие объекты. Мы сможем увидеть слияние нейтронных звёзд, которые превратятся в чёрную дыру. Мы сможем увидеть рождение чёрной дыры. Мы сможем увидеть вращающиеся звёзды в нашей галактике, создающие синусоидальные волны. Мы сможем увидеть взрывы сверхновых в нашей галактике. Есть целый спектр новых источников, которые мы сможем увидеть.
We like to say that we've added a new sense to the human body: now, in addition to seeing, we're able to hear. This is a revolution in astronomy, like when Galileo invented the telescope. It's like when they added sound to silent movies. This is just the beginning. We like to think that the road to science is very long -- very fun, but very long -- and that we, this large, international community of scientists, working from many countries, together as a team, are helping to build that road; that we're shedding light -- sometimes encountering detours -- and building, perhaps, a highway to the universe.
Нам нравится говорить, что мы добавили новое чувство человеческому телу: теперь, помимо возможности видеть, мы можем ещё и слышать. Это революция в астрономии, так же, как когда Галилей изобрёл телескоп или когда в немом фильме впервые появился звук. Это только начало. Нам нравится думать, что путь науки очень длинный — очень весёлый, но очень долгий — огромное международное сообщество учёных работает в командах из многих стран, чтобы вместе построить дорогу, обеспечить свет, иногда находить обходные пути и сконструировать настоящую автостраду во Вселенную.
Thank you.
Спасибо.
(Applause)
(Аплодисменты)