Пред.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290 291 292 293 294 295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 312 313 314 315 316 317 318 319 320 321 322 323 324 325 326 327 328 329 330 331 332 333 334 335 336 337 338 339 340 341 342 343 344 345 346 347 348 349 350 351 352 353 354 355 356 357 358 359 360 361 362 363 364 365 366 367 368 369 370 371 372 373 374 375 376 377 378 379 380 381 382 383 384 След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO
13. Детекторы гравитационного излучения13.1. ВведениеОбщая теория относительности Эйнштейна [10] предсказывает, что массы, совершающие ускоренное движение, излучают гравитационные волны, распространяющиеся со скоростью света. Согласно теории, гравитационное поле в любой точке описывается тензором, поэтому потенциал задается десятью числами. (Существуют теории, альтернативные тензорной, например теория Бранса — Дике [5], являющаяся модификацией теории Эйнштейна. Она предсказывает существование смешанного скалярно-тензорного излучения. Однако, поскольку в настоящей главе обсуждаются вопросы детектирования гравитационных волн, различие между типами гравитационного излучения является несущественным.) В отличие от электромагнитных волн, которые генерируются дипольными источниками, наинизшим массовым мультиполем, который может генерировать гравитационное излучение, является квадруполь. Излучение представляет собой распространяющееся изменение кривизны пространства — времени. Генерируемое высокоэнергетическими космическими источниками, подобно волнам на поверхности моря, оно движется во Вселенной. Источниками гравитационного излучения могут являться коллапсы звезд, рождение сверхновых, пульсары, соударения черных дыр и быстро вращающиеся двойные звезды. Периодические решения уравнений гравитационного поля были получены Эйнштейном в 1915 г. Они представляют собой теоретическое доказательство существования гравитационного излучения. В то время даже не ставился вопрос о том, чтобы попытаться детектировать гравитационное излучение и, таким образом, проверить теорию, потому что не существовало способа провести чрезвычайно сложный эксперимент и обеспечить чувствительность, достаточную для регистрации предельно малых потоков энергии, предсказываемых теорией. Только в 1958 г. были предприняты первые попытки создать детектор гравитационного излучения. Первооткрывателем в этой области стал Джозеф Вебер, сконструировавший антенну для регистрации гравитационных волн, которую сейчас называют «веберовской болванкой». Вебер приложил много усилий, чтобы изолировать свои детекторы от воздействия паразитных акустических, электромагнитных и сейсмических сигналов, кроме того, он применил метод регистрации совпадений на двух детекторах, причем один находился в университете Мэриленда, другой — в Аргоннской национальной лаборатории близ Чикаго, оба были удалены друг от друга на расстояние Энергия сигналов, о которых сообщал Вебер, значительно превышала тот уровень, который можно было ожидать согласно теоретическим оценкам. Многие физики считали, что он вообще не должен был ничего наблюдать. Если предположить, что источники излучения находятся в центре Галактики, то сигналы его детекторов соответствовали таким потокам энергии, которые могли бы генерироваться источниками с необычайно высокой энергией и в которых масса превращается в гравитационное излучение с невероятно большой эффективностью. Как показали оценки [17], каждый веберовский импульс требовал превращения в излучение около тридцати солнечных масс. Это можно было объяснить столкновением двух черных дыр. Такой механизм подходит для объяснения одного импульса, однако величина конверсии массы в излучение, необходимая для объяснения всей совокупности веберовских всплесков, настолько велика, что вся масса галактического центра должна была бы излучиться за время, составляющее 1/1000 возраста Вселенной. Такой вывод приводит к очевидным трудностям. Их можно обойти, предположив, что мы живем в привилегированное время, когда галактический центр необычайно активен в смысле генерации гравитационного излучения или что Земля находится в привилегированном пространственном расположении близко к локальному источнику гравитационного излучения. Существует мало убедительных доказательств в пользу любой из этих гипотез. Утверждения Вебера вызвали значительный интерес как среди теоретиков, так и экспериментаторов. Они заставили около десяти научных групп во всем мире начать поиск гравитационного излучения с целью подтверждения наблюдений Вебера. Независимая проверка не подтвердила его результаты, и даже теперь, спустя более чем десятилетие, веберовские сигналы остается необъясненными. Но какова бы ни была их природа, общепризнано, что они обусловлены не гравитационным излучением. Тем не менее важно подчеркнуть, что основополагающие работы Вебера открыли новую область исследований в астрономии, и, как результат, в настоящее время созданы гораздо более чувствительные детекторы гравитационных волн, чем первая веберовская антенна. Чувствительность этих новых детекторов приближается к той, которая необходима, чтобы обнаружить сигналы, уровень которых следует из теоретических оценок. Таким образом, вполне возможно, что в недалеком будущем гравитационное излучение будет зафиксировано вполне однозначно, подтвердив таким образом предсказание Эйнштейна.
|
1 |
Оглавление
|