Гравитация Том 3 - Мизнер Ч.
Скачать (прямая ссылка):
248
37. Детектирование гравитационных волн
ФИГ. 37.3.
Время распространения сигнала от одной геодезической до другой и обратно реагирует на колебание кривизны пространства-времени [схематический рисунок, изображающий лазерный импульс, посылаемый с Земли к уголковому отражателю, расположенному на Луне, и движущийся затем обратно к Земле, в то время как мимо проходит очень мощная и длинная гравитационная волна; волна должна быть мощной, так как непосредственное измерение расстояния с точностью лучше 10 см весьма затруднительно, а при такой точности получается индикатор гравитационных волн, значительно менее чувствительный, чем колебания длины веберовской болванки (10_и см или меньше); см. упражнение 37.7]. Геодезические искривляются по направлению друг к другу в областях, где соответствующая компонента тензора
кривизны Римана R ~ ~ ~ имеет один знак, и искривляются друг от друга сс 0 »0
в других областях, где эта компонента имеет противоположный знак. Этот рисунок позволяет с одного взгляда найти ответ на часто выражаемое недоумение: не является ли изменение времени распространения сигнала туда и обратно сущим вздором? Возмущение метрики SAliv в волне немного изменяет масштабы расстояний, но соответственно изменяет и масштабы времени. Поэтому не исчезает ли возможность существования какого-либо реального ощутимого и измеримого эффекта? Ответ: 1. Увеличение расстояния между геодезическими есть эффект не локальный а кумулятивный. Он не является непосредственным следствием локального значения Witlv или даже локального значения кривизны. Он возникает как результат накопления отклонений на протяжении целого полупериода гравитационной волны. 2. Изменение расстояния между геодезическими представляет собой истинное изменение собственного расстояния, и оно проявляется в истинном изменении собственного времени (см. «отметки» на мировой линии одной из частиц; упражнение 37.6). Замечание. Исследуя расстояние между геодезическими на протяжении не одного, как здесь, а многих периодов, мы обнаружим систематически накапливающееся весьма медленное загибание быстро осциллирующих геодезических по направлению друг к другу. Это малое ускорение «притяжения» в гравитационной физике указывает на существование эффективной энергии-импульса, переносимой гравитационными волнами (гл. 35).
§ 37.3. Типы механических детекторов 249
ее можно было заметить на фоне сейсмического шума. Он указывает на возможные улучшения оценок, особенно благодаря резонансу (упругие волны, испытывающие многократное отражение между двумя поверхностями, например в антарктическом ледовом покрове).
4. Нормальные моды колебаний упругой болванки
Наиболее часто обсуждаемый тип детектора (в 1972 г.) представляет собой алюминиевую болванку, предложенную Джозефом Вебером [263, 264] (фиг. 37.1 и 37.2, г). Веберовские болванки имеют цилиндрическую форму, длину 153 см, диаметр 66 см и вес 1,4-10® г. Каждая болванка подвешивается на проволоке в вакууме и механически изолирована от окружающей среды. Вокруг средней части болванки прикреплены пьезоэлектрические датчики деформаций, которые соединены с электрическими цепями, чувствительными к основной моде колебаний болванки (частота v = = 1660 Гц). Когда гравитационная волна падает на болванку сбоку, как показано на фиг. 37.2, г, относительные ускорения, вызываемые волной, возбуждают основную моду колебаний болванки. Вебер наблюдал внезапные и одновременные возбуждения двух таких болванок, одна из которых находилась в Мэрилендском университете около Вашингтона, а другая — в Аргоннской национальной лаборатории вблизи Чикаго [260, 265, 266]. Никто пока не предложил удовлетворительного объяснения этих совпадений помимо гравитационных волн, приходящих из космоса. Однако история физики богата примерами, когда предполагаемые новые эффекты в конце концов оказывались объяснимыми давно известными явлениями. Поэтому эти наблюдения нельзя считать проверенными. Эти наблюдения были бы вполне убедительными, если бы они подтвердились при использовании другого оборудования, или при повторении эксперимента при других условиях, или и то и другое одновременно; эксперименты, призванные подтвердить веберовские, в настоящее время (1972 г.) находятся на пути к завершению *). Делая такие предварительные замечания о наблюдениях Вебера, нельзя в то же время не выразить огромное восхищение мастерством экспериментатора, энергией и незаурядной настойчивостью, проявленными Джозефом Вебером на протяжении более чем десятилетнего поиска самого неуловимого излучения из известных в физике.
Механические детекторы четырех описанных выше типов представляют собой системы, на которых уже проводились измерения;
1J Положительные результаты, полученные в схеме совпадений в опытах Дж. Вебера, не были подтверждены в последующих измерениях (1972— 1974 гг.), выполненных в ряде лабораторий в СССР, США, Англии, Франции, Италии и ФРГ.— Прим. ред.
4) упругая болванка
I
250 37. Детектирование гравитационных волн
5) упругие тела
другой формы
