Гравитация и космология. Принципы и приложения общей теории относительности - Вейнберг С.
Скачать (прямая ссылка):
305
получаемая антенной, равна
AE = Px = жтмаксФ (Co0) т J-.
Таким образом, при вспышке энергию, достигающую антенны и приходящуюся на единицу площади внутри ширины полосы частот Г, можно определить следующим образом:
Ш^ф (CO0)TT = -I^. (10.7.19)
Однако, если источник излучает в течение времени т < 1/Г, его полоса частот должна быть шире чем 1/т; поэтому при вспышке полная энергия на единицу площади будет больше чем % более чем в (тГ)-1 раз.
Пока что единственным положительным указанием на существование гравитационного излучения во Вселенной служат эксперименты Вебера [1, 21, 23] с алюминиевыми цилиндрами, описанные в § 5 гл. 10. Эти антенны имели следующие значения частоты и «коэффициента ветвления»: со0/2л = 1660 Гц, т) = 3-Ю"34 [см. выражение (10.5.20)]. Отсюда, полагая со = со0 и усредняя выражение (10.7.13) по спиральностям, получаем следующее значение резонансного сечения:
стмакс = 2,9 -IO-20 Sin4BcM2.
Если при комнатной температуре минимальный прирост энергии AE, который можно отличить от тепловых флуктуаций, равеп кТ или 4-Ю-14 эрг, то, согласно соотношению (10.7.19), гравитационное излучение вспышки можно детектировать, если энергия на единицу площади внутри ширины луча удовлетворяет условию
% > 9-Ю5 эрг/см2 для Q = -Y-
(В действительности, пользуясь точнее обработанными данными, эту оценку можно несколько улучшить.) Простой подсчет числа импульсов, возникающих в одном цилиндре, оставлял бы возможность утверждать, что эти импульсы не имеют отношения к тепловому шуму, а связаны с сейсмическими возмущениями, электрическими бурями или космическими лучами. Поэтому Вебер отбирал совпадающие во времени импульсы в алюминиевых цилиндрах, находящихся на расстоянии 1000 км друг от друга: в Колледж-Парке штата Мэриленд и в Аргоннской Национальной лаборатории, штат Иллинойс. В 1969 г. Вебер сообщил о примерно 100 совпадающих импульсах, следующих с такой скоростью, которая приводит к значению потока гравитационного излучения примерно 0,1 эрг -CM-2 -с-1 (при ширине полосы частот Г~ - 0,1 Гц) [21].
20—0788 306
Гл. 10. Гравитационное излучение
Ж
уг
Вскоре после этого Вебер [22—24] обнаружил, что скорость совпадений так коррелирует со звездным временем, как будто бы излучение приходит из центра Галактики и дает обычное для антенны распределение sin4 0 (фиг. 10.1). Центр Галактики удален от Земли на расстояние 2,5 -IO22 см, поэтому наблюдаемый поток 0,1 эрг-CM-2-с-1 указывает на источник с мощностью около 8 -IO44 эрг/с, или 0,013 MqcVtoji. Само по себе это не было бы таким уж удивительным, но поскольку антенны Вебера не были настроены ни на какую определенную частоту, то мощность 0,01 MqC2 в полосе частот 0,1 Гц при 1660 Гц, по-видимому, соответствует полной мощности, в IO3—IO8 раз большей, т. е. ОКОЛО 10— io3mq C2Irop,. При такой интенсивности излучения вся масса Галактики была бы исчерпана за IO8— — IO10 лет! Если Вебер в действительности наблюдал гравитационное излучение из центра Галактики, то либо он случайно наскочил на точную частоту, на которой испускается большая часть этого излучения, либо он открыл новый невероятно мощный источник энергии.
Вебер искал также скалярное излучение, используя диск с монопольной модой колебаний, имеющий ту же частоту 1660 Гц, что и цилиндр. Наблюдаемая скорость совпадений была много меньше, чем у пары цилиндров; явная корреляция совпадений со звездным временем соответствует чисто тензорной теории [25].
Сейчас готовятся повторения экспериментов Вебера с большой чувствительностью. Одно из важнейших усовершенствований, планируемых сейчас в Стэнфорде [26],— охлаждение цилиндри-
®
Uh
8h IZh Wh Звездное время
ZOh Zkh
Фиг. 10.1. Данные по гравитационному излучению, приходящему из центра Галактики [22].
На фигуре показана регистрируемая Вебером интенсивность (в произвольных единицах) как функция звездного времени. Стрелками отмечены те значения звездного времени, когда антенна была расположена почти перпендикулярно лучу зрения на центр Галактики. Числа в кружочках показывают число совпадений в каждом временном интервале. § 8. Квантовая теория гравитации
307
ческих антенн до очень низких температур, порядка миллиграду-сов по Кельвину. Если работа антенны ограничена тепловым шумом, то понижение температуры в IO+5 раз увеличит точность в IO5 раз. Группа московских ученых [27] пытается обнаружить гравитационное излучение с помощью улучшенного оборудования и проектирует новые типы гравитационных волновых антенн [28]. Вебер продолжает свои исследования, используя новые антенны и другое оборудование. Лучшее, что может делать сейчас теоретик,— это ждать, когда экспериментаторы достигнут какого-то согласия в вопросе о том, действительно ли гравитационное излучение наблюдалось.
§ 8. Квантовая теория гравитации *
В настоящее время не существует сколько-нибудь полной и самосогласованной квантовой теории гравитации, и, чтобы подробно описать попытки создания такой теории, пришлось бы выйти за рамки этой книги. Однако представляется возможным и, наверное, даже полезным дать читателю понятие о том, как такая квантовая теория могла бы выглядеть.
