Гравитационные волны – это колебания в ткани пространства-времени, возникающие при движении массивных объектов, таких как слияние черных дыр или нейтронных звезд. Они распространяются со скоростью света, но, в отличие от обычных волн, которые распространяются в материальной среде, гравитационные волны являются возмущениями самой структуры мироздания. В научном сообществе большой интерес вызвала регистрация таких волн с помощью обсерватории LIGO, которая позволила впервые зафиксировать космические события в новом формате. Но как бы выглядело и ощущалось прохождение гравитационной волны в нашем повседневном мире, если бы ее амплитуда и частота были достаточно велики для восприятия без технологий? Можно ли было бы увидеть или даже почувствовать на себе влияние такого волнового эффекта? Прежде всего нужно понимать, что гравитационная волна воздействует не на тело как целое, а на взаимное расположение его частей. Проще говоря, она вызывает очень маленькие, но измеримые колебания в расстояниях между частями тела, создавая эффекты растяжения и сжатия, которые чередуются во времени.
Такое воздействие связано с понятием «деформации» или «strain» в физике гравитационных волн. На макроскопическом уровне это проявляется как периодическое изменение размеров и форм объектов, но в масштабах человека и повседневных предметов эти изменения чрезвычайно малы. Если представить, что вы находитесь в помещении, через которое проходит гравитационная волна с довольно высокой амплитудой, то ваше тело претерпевает эффект периодического сжатия и растяжения. Но стоит подчеркнуть, что тело не движется как единое целое в пространстве, скорее внутри него меняются расстояния между молекулами и атомами. Это не ощущается так, как, например, растяжение руки при размахивании – движения слишком малы и происходят на микроскопическом уровне.
Тем не менее, если волна достаточно сильная и имеет частоту в диапазоне, воспринимаемом человеческими органами чувств, некоторый эффект вибрации или покачивания может быть ощутим. Частотные характеристики гравитационных волн тоже играют важную роль. Если волна имеет частоту, совпадающую с механическим резонансом какого-либо объекта – например, мышцы, костей или даже механических систем, таких как мяч на резиновом шнуре – этот объект может начать заметно колебаться. Это связано с тем, что в резонансных условиях малые внешние воздействия усиливаются во много раз. Таким образом, гипотетически если расположить мяч на растянутом шнуре и гравитационная волна будет воздействовать с подходящей частотой и достаточной амплитудой, мяч заиграет в колебаниях, которые можно было бы наблюдать невооруженным глазом.
Однако в реальных условиях Вселенной для возникновения такого эффекта необходимо находиться очень близко к мощным источникам – примерно в пределах миллионов километров от слияния черных дыр или аналогичных космических катаклизмов. При этом стоит учитывать, что на таких расстояниях воздействие гравитационного поля источника также будет чрезвычайно сильным и потенциально разрушительным. Поэтому наблюдение данных эффектов напрямую человеком без специальных защитных технологий – крайне маловероятно. Для примера стоит вспомнить событие GW150914, когда первые зарегистрированные гравитационные волны возникли от слияния черных дыр на расстоянии более миллиарда световых лет. Частота достигала приблизительно 250 герц при невероятно слабом воздействии на объекты на Земле – с деформацией порядка 10^(-21), что является числом, неощутимым для человека и измеряемым лишь при помощи суперчувствительных лазерных интерферометров.
С удалением от источника амплитуда падает обратно пропорционально расстоянию, что делает воздействие ещё менее заметным. При прохождении гравитационной волны через тело человека можно представить, что кости и мышцы создают своего рода «рельефный» каркас, относительно которого мышцы и кожа слегка меняют расположение. При этом человеческое тело воспринимает эти изменения как слабый внутренний вибрационный эффект, наподобие легкой дрожи или отдаленного гуда внутри организма. Некоторые ученые предполагают, что при подходящей частоте воздействие может даже вызвать тактильные ощущения или слабое покачивание, например, в голове или конечностях. Визуально же гравитационные волны непредставимы в традиционном понимании.
Они не излучают свет и не имеют ярких цветных свечений. Их нельзя рассмотреть в виде волн на поверхности воды или света через призму. Единственным способом «увидеть» гравитационные волны стало использование лазерных интерферометров, которые регистрируют колебания длины светового пути между зеркалами, отразившими влияние пространственно-временных деформаций. В живой природе при прохождении в поле зрения гравитационная волна не вызывает заметных изменений в окружающей среде. Интересен вопрос, можно ли было бы заметить внешние эффекты в предметах и жидкостях.
Теоретически объем жидкости, например чашка кофе, мог бы испытывать незначительные вариации формы и размера, что могло бы привести к вибрации поверхности жидкости. Однако из-за невероятно маленького масштаба колебаний и высокой скорости волны, на практике человеческий глаз или ощущения не способны фиксировать эту динамику. Аналогично мелкие объекты сложно испытать в колебаниях, если они не находятся в резонансе с частотой волны и если не используются специальные устройства усиления вибраций. Физическая сила гравитационной волны проявляется через так называемые приливные ускорения, которые можно назвать силами растяжения и сжатия пространства. Значительная часть эффекта основывается на относительных изменениях расстояний между частями объекта.
Это явление хорошо иллюстрирует классический «история липкой бусины», предложенная Ричардом Фейнманом, где бусины, движущиеся по стержню под воздействием гравитационной волны, демонстрируют передачу энергии волны в механические колебания. Это означает, что прохождение гравитационной волны через тело может быть не только пассивным изменением формы, но и потенциально механизмом передачи энергии. Именно по этому принципу работают гравитационные детекторы первого поколения, которые пытаются уловить крошечные движения, вызванные их прохождением. Если создать систему с механизмами, частотно настроенными на волну, то можно было бы теоретически извлекать энергию из гравитационных колебаний. Стоит помнить, что традиционное человеческое восприятие ограничено определённым диапазоном частот и амплитуд.
Гравитационные волны, излучаемые событиями масштабов слияния массивных космических объектов, как правило, оперируют диапазонами частот от 10 до 1000 герц, что совпадает с диапазоном слышимого звука, но с амплитудами слишком малыми для непосредственного восприятия. Другие трудности обусловлены тем, что поскольку гравитационная волна влияет на пространство-время, а не на объекты напрямую, вопрос ощущения становится сложным. Большинство ощущений в реальности возникают из-за перемещений объектов внутри пространства. Если же пространство само растягивается и сжимается, а тело закреплено внутри него, ощущать это можно только при наличии внутрителесных деформаций или относительных смещений частей тела, вызванных этими пространственными изменениями. Таким образом, ощущения можно сравнить с микровибрациями внутри организма, которые трудно отделить от других физических факторов.
В современной науке представлен широкий спектр теорий и моделей влияния гравитационных волн на объекты, но практическое восприятие этих эффектов без специализированной аппаратуры практически невозможно. Тем не менее, научные эксперименты с моделированием показывают, что при специальных условиях и достаточной мощности волн можно наблюдать заметные колебания протяжённых систем и даже ощущать усиленный резонанс в особых структурах. Подытоживая, человек, оказавшийся в месте с достаточно мощным гравитационным потоком, мог бы почувствовать незначительную вибрацию, вызванную внутренними переложениями частей тела, подобные слабому шуму или гулкому покачиванию. Визуально изменение окружающего пространства и предметов было бы практически незаметным, а физические эффекты проявляются как микроскопические деформации. Если представить эксперимент с мячом на резиновом шнуре, то при совпадении частоты гравитационной волны и резонансных частот шнура мяч мог бы начать колебаться, демонстрируя действия волны.
Однако подобные ситуации нереальны в бытовых условиях и требуют чрезвычайно мощных источников и близости к ним, что сопряжено с дополнительными опасностями. Таким образом, гравитационные волны остаются в большей степени наблюдаемым явлением через высокотехнологичные детекторы и приборы, чем ощущаемым человеком напрямую. Но благодаря развитию науки перед нами открываются новые горизонты понимания и, возможно, когда-то появятся технологии, позволяющие преодолеть барьер недоступности этого удивительного космического феномена.
