Гравитационные волны

В 1916 году Альберт Эйнштейн высказал, что поля тяготения должны иметь свои гравитационные волны. Открытие гравитационных волн может иметь не менее фундаментальное значение, чем открытие радиоволн. Возможно, появится новый вид связи. Некоторые ученые полагают, что волны гравитации распространяются в сотни раз быстрее волн электромагнитного поля.

В 1916 году Альберт Эйнштейн высказал, что поля тяготения должны иметь свои гравитационные волны

Гравитационные волны должны возникать при всяком колебании гравитационных масс. Их энергия растет при увеличении массы движущегося тела и частоты колебаний. Элементарные частицы, например, колеблются чрезвычайно быстро, но их масса очень мала! Массы планет, двойных и тройных звезд колоссальны. Но уж очень малы частоты их колебаний. В обоих случаях гравитационные волны обладают слишком малой энергией. Но ученые, все-таки, ставят задачу создать генераторы и приемники гравитационных волн.

Интересную идею для опыта еще в 1969 г. высказал американский физик Джозеф Вебер. Генератор и приемник он предложил изготовить из пьезокристаллов. Если вызвать колебания пьезокристалла высокочастотным электромагнитным полем, то он станет источником гравитационных волн, которые, достигнув другого пьезокристалла, вызовут деформацию и появление электрических зарядов на его гранях. Но оказалось, что поставить опыт практически невозможно. Пьезокристалл объемом в 50 м3 излучает волны мощностью всего в одну десятитриллионную эрга в секунду. А приемник с таким же кристаллом улавливает мощность не менее одной стомиллионной эрга в секунду. Значит, приемник просто не услышит сигналы передатчика.

Но это не остановило Джозефа Вебера, и он поставил еще один опыт, приняв во внимание, что только очень массивные объекты генерируют достаточно мощные гравитационные волны, которые возникают при коллапсе звезд – их беспредельном сверхплотном сжатии под влиянием громадной силы тяжести, вращении нейтронных звезд – "белых карликов", сближении нейтронных звезд... Может быть, какие-либо из этих источников действительно функционируют недалеко от нашей планетой системы?

Вот для регистрации таких, идущих из вселенной, гравитационных волн и построил своей детектор Джозеф Вебер.

В качестве антенны для улавливания гравитационных волн Вебер применил... земной шар. Это было самое массивное тело, имевшееся в его распоряжении. По мысли ученого, земной шар, попав в гравитационные волны, должен начать пульсировать.

Для регистрации волн гравитации, вызываемых колебаниями антенны-Земли, Вебер подвесил в вакуумной камере, изолированной от посторонних колебаний, тысячекилограммовые алюминиевые цилиндры. Гравитационные колебания Земли вызывают в нем резонансные упругие колебания, регистрируемые кварцевыми тензодатчиками.

Но этот прибор должен реагировать на сейсмические и другие местные возмущения, которые надо исключить. Для этого Вебер применил систему фильтров и гасителей. Кроме того, он установил несколько таких цилиндров, расположив их на расстояниях до 1000 км друг от друга. Чтобы пройти это расстояние, упругие волны от естественных землетрясений затратят достаточно большое время. А пульсации, вызываемые гравитационными волнами, подействуют на далекие друг от друга детекторы одновременно или почти одновременно. Вебер рассматривал только те сигналы, которые приняты его детекторами с разницей во времени не более 0,4 сек.

Но может быть, что сейсмические возмущения от разных причин достигнут трех детекторов одновременно. Вебер подсчитал, что вероятность случайных совпадений возможна лишь один раз за 70 млн. лет.

Детекторы проработали в течение 81 дня. И обнаружилось за это время 17 совпадений на двух детекторах и несколько совпадений на трех и даже четырех детекторах. При этом мощность принятых колебаний оказалась совсем не такой уж неуловимой. Она составляла около 1% мощности солнечного света. Значит, Земля находится в области мощных колебаний гравитационных волн.

Последующие опыты и расчеты профессора Вебера показали, что источники гравитационных волн, вызывающих колебания его детекторов, находятся в том же направлении, что и центр нашей Галактики, центр Млечного Пути.

Ученые намечают перенести опыты по изучению гравитационных волн на Луну, там практически нет процессов, которые на Земле связаны с извержениями вулканов, с цунами и землетрясениями. Следовательно, можно избавиться от мешающего фона. Расположив один цилиндр Вебера на Луне, второй – на Земле, легко сравнить результаты показаний и определить скорость волн гравитации и их направление значительно точнее.

Инструменты