Астрофизика, кванты и теория относительности - Каррелли А.
Скачать (прямая ссылка):
7. Поиск гравитационных волн
243
ский смысл только величинахМ, преобразующимся как тензоры». Действительно, эйнштейновские величины Z1J1V были первым примером псевдотензоров1), появляющихся в теории, а обмен взглядами между Эйнштейном и Леви-Чивитой был прологом длинных дискуссий относительно более подходящего распространения на общую теорию относительности законов сохранения, справедливых в механике и электродинамике плоского пространства 2).
Только в 1922 г. проблема излучения гравитационных волн была пересмотрена Эддингтоном [57], который в основном интересовался скоростью их распространения. Он установил, что она всегда равна скорости света для плоских волн, так же как и для волн, расходящихся от малого источника. Он также рассчитал энергию, излучаемую стержнем, вращающимся с максимальной угловой скоростью, сравнимой с пределом прочности на растяжение твердого тела, и нашел, что по порядку величины она та же, что и для атома водорода, рассматриваемого классически. Эта величина так мала, что исключает возможность наблюдения даже в далеком будущем излучения гравитационных волн любой искусственно созданной на Земле механической системой. Эддингтон также рассчитал энергию, излучаемую двойной звездой, и нашел, что, хотя она значительно больше, чем в предыдущих случаях, все же значительно ниже любого разумного предела наблюдаемости, особенно для техники, имевшейся в двадцатые годы.
Гравитационные волны оставались в течение более чем 30 лет в основном предметом математического рассмотрения, особенно в связи с проблемой правильной формулировки законов сохранения в присутствии гравитационных полей [152].
__ Определение относительного ускорения свободных пробных частиц в качестве возможного метода измерения тензора Ри-мана было предложено Пирани [130]. Несколькими годами позднее Бонди [26] и Вебер [158] рассмотрели гармонический осциллятор, образованный двумя массами, связанными пружиной, в качестве возможного детектора гравитационных волн. После этого Вебер приложил большие усилия, чтобы перенести проблему гравитационных волн в область наблюдаемых физических явлений [160—162].
После девяти лет весьма трудной и квалифицированной работы Вебер [163—167] сообщил о наблюдении совпадений между показаниями двух детекторов, один из которых находился
!) Псевдотензоры ведут себя как тензоры лишь при линейных преобразованиях координат, но не в общем случае. Это свойство объясняет разные позиции Эйнштейна и Леви-Чивиты.
2) Cm., например, [152].
244
9. Атлъди, Г. Пиццеллй
в Мерилендском университете, а другой — в Арагонской национальной лаборатории на расстоянии 1000 км от первого [61, 142J.
Сообщение об этом результате, полученном через 53 года после первой работы Эйнштейна, всюду произвело большое впечатление, и новые эксперименты, весьма похожие на веберовские, были начаты в СССР, Европе, США и Японии.
Все эти эксперименты, однако, не подтвердили результат Вебера. Они резюмированы в разд. 9.1 (табл. 9.1), где также приведены некоторые данные об экспериментальных установках.
Несмотря на все эти отрицательные результаты, поиск гравитационных волн не был полностью прекращен. Уже в 1970 г. несколько групп в разных частях света начали разрабатывать новые детекторы, более чувствительные, чем все использовавшиеся ранее, которые мы будем называть детекторами «второго поколения». Основанием для возобновления этих попыток является привлекательность проблемы и изобретательность методов, предложенных и развитых Вебером и др.; методов, которые могут быть далее усовершенствованы и подняты на более высокий уровень. Основанием для подобных попыток служат также результаты некоторых теоретических предсказаний, сделанных разными астрофизиками.
Последним очень трудно интерпретировать энергию и статистику появления совпадений, наблюдавшихся Вебером, с точки зрения событий, которые, согласно нашим современным представлениям, имеют место в галактиках. Астрофизики, однако, полагают, что среди различных классов событий должно присутствовать и излучение гравитационных волн очень малой интенсивности и с очень малой статистической частотой повторений, которые тем не менее могут быть сделаны доступными наблюдению с помощью различной техники, усовершенствованной до экстремальных пределов.
Обзор современного состояния вопроса о поиске гравитационных волн является центральной частью данной работы. При этом основное внимание уделяется резонансным детекторам, которые в настоящее время достигли более высокого уровня развития, и работам, выполненным в Риме авторами и их сотрудниками, как практическим примерам уровня, достигнутого соответствующей техникой и методами к 1977 г.1)
Чтобы представить материал в форме, удобной для возможных читателей-неспециалистов, в разд. 2 резюмируются главные особенности гравитационных волн, как они представляются в рамках теории Эйнштейна. В разд. 3 обсуждаются источ-
!) Относительно более поздних результатов см. работы [176—180] и имеющуюся там библиографию. — Прим. перев.
