Гравитационные волны в теории тяготения Эйнштейна - Захаров В.Д.
Скачать (прямая ссылка):
Г л а в а И. Асимптотические свойства полей гравитационного излучения............118
1. Гравитационное излучение аксиально симметричных изолированных систем. Функция информации Бонди (1Ь).
2. Формализм Ньюмэна — Пенроуза (123). 3. Гравитационное излучение произвольных изолированных систем. Метрика Сакса (127). 4. Геодезические лучи. Теорема расщепления (129). 5. Общая алгебраическая структура тензора Римана (132). 6. Асимптотические симметрии. Группа Бонди — Метцнера (134). 7. Асимптотические свойства полей Эйнштейна — Максвелла (135).
Глава 12. Гравитационные волны и хронометрические инварианты ............... 137
1. Хронометрические инварианты (137). 2. Хронометрически инвариантное определение гравитационно-инерциальных волн (141). 3. Физические условия существования гравитационно-инерциальных волн (147).
Глава 13. Проблема гравитационных волн и физический
эксперимент . . . ........... 159
1. Геодезическое отклонение пробных частиц (159).
2. Возможные источники гравитационных волн (161). 3. Средства лабораторного детектирования гравитационных волн (166). 4. Связь теоретического и экспериментального аспектов проблемы гравитационных волн (175).
Приложение I .................... 177
Приложение II.................... 181
Литература ...................... 185 ПРЕДИСЛОВИЕ
В современной теории гравитации — общей теории относительности Эйнштейна,— наряду с удивительными по точности предсказаниями эффектов смещения перигелия Меркурия и отклонения луча света в поле тяготения Солнца, почти отсутствуют другие опытные подтверждения теории, а сама теория в процессе своего развития выдвинула целый ряд принципиальных проблем. К числу таких проблем следует отнести проблему гравитационной энергии, связанные с нею проблемы гравитационных волн, квантования гравитации и ряд других нерешенных задач.
Такая ситуация создалась прежде всего потому, что отсутствовал базис, необходимый для построения теории, адекватной действительности,— экспериментальные исследования, допускающие повторяемость и изменение параметров. Эти исследования лимитировались прежде всего состоянием экспериментальной техники. Однако в последнее время в работах Вебера, Шиффа, Брагинского и других экспериментаторов наметилась конкретная программа экспериментов по детектированию гравитационных волн. Можно с уверенностью думать, что эти исследования повлекут за собой новые работы ученых-экспериментаторов и теория гравитации получит более надежный экспериментальный фундамент.
Когда та или иная отрасль науки, будучи несомненно актуальной, не имеет достаточно солидного опытного фундамента, то в ее развитии начинают проглядывать элементы формального теоретизирования. В некоторой степени не избежала этого и современная теория гравитации: стоит только указать на многочисленные варианты «единых теорий», из которых отнюдь не все выдержат проверку временем. Поэтому критический анализ различных
7 теорий, связанных с тяготением, в настоящий момент особенно актуален.
Среди нерешенных проблем гравитации проблема гравитационных волн привлекает к себе наибольшее внимание физиков, теоретиков и экспериментаторов. Это объясняется тем, что она тесно связана с другими нерешенными проблемами науки о тяготении (проблемой энергии, проблемой построения квантовой гравидинамики и т. д.), и ее решение в теоретическом и экспериментальном планах стимулировало бы исследование многих других задач гравитации.
Гравитационным волнам посвящено огромное количество работ, как крупных монографий, так и отдельных статей, где трактуется теоретический подход к этой проблеме. Различные авторы по-разному подходят к ней: это либо приближенный подход по аналогии с методом Эйнштейна, либо определения, основанные на некоторых геометрических или физических соображениях, либо же теории, основанные на аналогии с электромагнитной теорией.
При построении теории гравитационных волн нужно, естественно, исходить из некоторого определения, но в теории гравитации Эйнштейна именно в этом пункте возникают два принципиальных затруднения: геометрический объект, определяющий энергию и импульс поля, не тензорной природы, а само поле гравитации отождествляется с пространственно-временным континуумом, и это особенно усложняет задачу. Стоит хотя бы отметить, что не существует пока ни одной физической теории (не считая «единых теорий»), где имела бы место подобная ситуация.
Как уже указывалось, число подходов к гравитационным волнам очень велико, и перед автором этой книги В. Д. Захаровым стояла прежде всего задача разобраться в них и упорядочить их, исходя из некоторого принципа. В качестве такого принципа автор выбирает определение понятия гравитационной волны, соответственно чему выделяет семь групп различных теорий гравитационных волн. Эти группы, конечно, не отделены друг от друга совершенно четко, но во всяком случае автору удалось на этом пути упорядочить в некоторой мере поистине огромный материал, сделать его более обозримым.
Следует кратко остановиться на значимости различных теорий, обсуждаемых в монографии. Ясно, что до тех пор, пока не скажет решающего слова эксперимент, нель-
