Гравітаційні хвилі
У 1916 році Альберт Ейнштейн висловив, що поля тяжіння повинні мати свої гравітаційні хвилі. Відкриття гравітаційних хвиль може мати не менш фундаментальне значення, ніж відкриття радіохвиль. Можливо з'явиться новий вид зв'язку. Деякі вчені вважають, що хвилі гравітації поширюються в сотні разів швидше за хвилі електромагнітного поля.
Гравітаційні хвилі повинні виникати при будь-якому коливанні гравітаційних мас. Їх енергія зростає при збільшенні маси тіла, що рухається, і частоти коливань. Елементарні частинки, наприклад, коливаються надзвичайно швидко, але їхня маса дуже мала! Маси планет, подвійних та потрійних зірок колосальні. Але дуже малі частоти їх коливань. В обох випадках гравітаційні хвилі мають занадто малу енергію. Але вчені все-таки ставлять завдання створити генератори та приймачі гравітаційних хвиль.
Цікаву ідею для досліду ще 1969 р. висловив американський фізик Джозеф Вебер. Генератор і приймач він запропонував виготовити з п'єзокристалів. Якщо викликати коливання п'єзокристалу високочастотним електромагнітним полем, він стане джерелом гравітаційних хвиль, які, досягнувши іншого п'єзокристалу, викличуть деформацію і появу електричних зарядів на його гранях. Але виявилось, що поставити дослід практично неможливо. П'єзокристал об'ємом в 50 м3 випромінює хвилі потужністю всього в одну десятитрильйонну ергу в секунду. А приймач з таким же кристалом вловлює потужність не менше однієї стомільйонної ерги на секунду. Отже, приймач просто не почує сигнали передавача.
Але це не зупинило Джозефа Вебера, і він поставив ще один дослід, взявши до уваги, що тільки дуже потужні об'єкти генерують досить сильні гравітаційні хвилі, які виникають при колапсі зірок – їх безмежному надщільному стисканні під впливом величезної сили тяжіння, обертанні нейтронних зірок – "білих карликів", зближенні нейтронних зірок... Можливо, якісь із цих джерел справді функціонують недалеко від нашої планети системи?
Ось для реєстрації таких, що йдуть із всесвіту, гравітаційних хвиль і побудував свій детектор Джозеф Вебер.
В якості антени для уловлювання гравітаційних хвиль Вебер застосував... земну кулю. Це було найпотужніше тіло, яке було в його розпорядженні. На думку вченого, земна куля, потрапивши в гравітаційні хвилі, має почати пульсувати.
Для реєстрації хвиль гравітації, що викликаються коливаннями антени-Землі, Вебер підвісив у вакуумній камері, ізольованій від сторонніх коливань, тисячокилограмові алюмінієві циліндри. Гравітаційні коливання Землі викликають у ньому резонансні пружні коливання, реєстровані кварцовими тензодатчиками.
Але цей прилад має реагувати на сейсмічні та інші місцеві збурення, які треба виключити. Для цього Вебер застосував систему фільтрів та гасників. Крім того, він встановив кілька таких циліндрів, розташувавши їх на відстані до 1000 км один від одного. Щоб пройти цю відстань, пружні хвилі від природних землетрусів витратять досить багато часу. А пульсації, що викликаються гравітаційними хвилями, впливають на далекі один від одного детектори одночасно або майже одночасно. Вебер розглядав ті сигнали, які прийняті його детекторами з різницею у часі трохи більше 0,4 сек.
Але можливо, що сейсмічні обурення з різних причин досягнуть трьох детекторів одночасно. Вебер підрахував, що можливість випадкових збігів можлива лише один раз за 70 млн. років.
Детектори пропрацювали упродовж 81 дня. І виявилося за цей час 17 збігів на двох детекторах та кілька збігів на трьох і навіть чотирьох детекторах. При цьому потужність прийнятих коливань виявилася зовсім не такою вже невловимою. Вона становила близько 1% потужності сонячного світла. Отже, Земля перебуває у сфері потужних коливань гравітаційних хвиль.
Наступні досліди та розрахунки професора Вебера показали, що джерела гравітаційних хвиль, що викликають коливання його детекторів, знаходяться в тому ж напрямку, що й центр нашої Галактики, центр Чумацького Шляху.
Вчені планують перенести досліди з вивчення гравітаційних хвиль на Місяць, там практично немає процесів, які на Землі пов'язані з виверженнями вулканів, з цунамі та землетрусами. Отже, можна позбутися від фону, що заважає. Розташувавши один циліндр Вебера на Місяці, другий – на Землі, легко порівняти результати показань та визначити швидкість хвиль гравітації та їх напрямок значно точніше.
