Гравитация и относительность - Цзю Х.
Скачать (прямая ссылка):
1,5-тонной массе алюминия, так что ей будет соответствовать исключительно малое относительное смещение торцов цилиндра (что-нибудь около IO-14 слс, т. е. порядка сотой доли диаметра ядра).
Это число чрезвычайно мало. Конечно, колебания индивидуальных атомов на торцовых поверхностях значительно больше, и IO-14 см — это средняя статистическая флуктуация всех атомов.
Возникает весьма интересный вопрос, как регистрировать столь малое движение цилиндра. Поскольку смещение составляет IO"10 длины световой волны, оптические методы регистрации, по-видимому, не применимы. Вместо этого мы прикрепляем к центральной части цилиндра ряд кварцевых тензодатчиков (фиг. 5.8). Тензодатчики преобразуют нормальные колебания цилиндра
13 Зак. 1740
194
Глава S
Фиг. 5.8. Тензодатчики (показаны стрелкой) для обнаружения резонансных вибраций подвесного цилиндра.
в электрическое напряжение. Это напряжение подается на очень чувствительный резонансный усилитель, сигнал с выхода которого регистрируется (фиг. 5.9). Усилитель
Фиг. 5.9. Блок-схема электронной аппаратуры для детектора гравитационных волн.
/ — кварцевые тензодатчики; 2 —генератор стандартных сигналов; 3— предусилитель; * — резонансный усилитель на 1657 гц\ 5—выпрямитель и преобразователь напряжения в частоту; 6 — счетчик с интервалом счета Io мин.
настраивается на 1657 гц — частоту используемого нормального колебания. Это соответствует длине гравитационной волны около IO7 см. Шумовая характеристика нашего низкочастотного усилителя значительно лучше
Гравитационные волны
195
шумовой характеристики квантовых усилителей (мазеров): температура шумов менее 1°К. Это объясняется тем, что эквивалентное шумовое сопротивление усилителя равно приблизительно 6000 ом, а сопротивление на его входе составляет примерно 10 000 Мом.
Мне не хотелось бы слишком долго останавливаться на технической стороне дела. Отмечу лишь, что здесь со всей полнотой действует «теорема», приписываемая Дейгоффу, о том, что в простом эксперименте невозможно обойтись без нескольких стендов с электронной аппаратурой. А что может быть проще цилиндра, подвешенного в вакууме?
Целый ряд соображений приводит к усложнению технической стороны эксперимента. Так, коэффициент усиления, несомненно, будет изменяться с течением времени. Поэтому через каждые 15 мин мы отключаем детектор и подаем на вход усилителя стандартный сигнал. Стандартный сигнал на входе сравнивается с соответствующим образом ослабленным выходным сигналом, и разность этих сигналов подается на вход схемы автоматического регулирования, которая возвращает коэффициент усиления к прежнему значению. Выходное напряжение выпрямляется и преобразуется в переменное напряжние, частота которого пропорциональна выходному напряжению. Эта частота измеряется при помощи счетчика. Коэффициент усиления усилителя до и после калибровки, а также показания счетчика автоматически записываются на ленту. Лента будет подаваться на вход счетного устройства для фурье-анализа данных по периодам солнечного и звездного дня. Техническое оснащение эксперимента разработано в основном Форвардом.
Вначале мы много спорили о том, сумеем ли вообще достичь необходимой чувствительности, если не устраним шумовой фон, создаваемый, например, грузовыми автомашинами или студентами, марширующими на университетской спортплощадке. Тогда Зипой рассчитал акустические фильтры. Эти фильтры работают вполне успешно и обеспечивают настолько хорошую виброизоляцию, что для искусственного возбуждения нормальных
13*
196
Г лава 5
колебаний приходится ударять по вакуумной камере молотком.
К сожалению, теперь возник целый ряд других затруднений, не предвиденных ранее. Так, оказалась недостаточно совершенной виброизоляция усилителей и входных цепей. Входные цепи, которые погружены в жидкий гелий, привносят в значительно большей мере шумы механического, чем теплового происхождения. Мы постараемся свести эти эффекты к минимуму, переместив аппаратуру в изолированное место.
Предположим, что Солнце излучает гравитационные волны. Как же будег происходить фактически регистрация этих волн? Детектор в форме алюминиевого цилиндра служит антенной, рассчитанной на прием сигнала, обусловленного полем тензора четвертого ранга. Антенны, предназначенные для приема тензора (электромагнитного) второго ранга, хорошо известны. Некоторые из них обладают весьма острой направленностью. Наша гравитационная антенна, как мы видели ранее, также является направленной. Ее чувствительность максимальна в том случае, когда ось цилиндра перпендикулярна направлению распространения волн. Аппаратура расположена на поверхности Земли и, следовательно, вращается вместе с ней. Если излучение приходит от Солнца или из какой-либо другой области пространства, то должны были бы наблюдаться суточные вариации шумов на выходе усилителей, связанных с цилиндром.
К сожалению, человек относится к существам, ведущим дневной образ жизни, он живет и работает, руководствуясь солнечными сутками. Вместе со сменой дня и ночи изменяется напряжение в сети, а также температура. Устранить эти воздействия из эксперимента нашего типа нелегко.
