Гравитационные волны
Гравитационные волны
Понятно, чтоб найти электрическую волну, довольно в принципе взять электрически заряженный шарик и следить за ним; когда на него станет падать электрическая волна, шарик придет в колебательное движение. Но чтоб найти гравитационную волну, одним шариком не обойтись. Будет нужно минимум два, помещенных на неком расстоянии друг от друга (заряжать их электричеством, естественно, не надо). При падении на их гравитационной волны шарики будут то несколько сближаться, то удаляться. Измеряя изменение расстояния меж ними, можно найти волны тяготения. А почему нельзя обойтись одним шариком? — может спросить читатель.
Дело заключается в последующем. Если на шарик не действуют никакие посторонние силы, то он находится в поле гравитационной волны в состоянии невесомости. На шарике не чувствуется никаких сил тяготения, и потому нереально найти проходящую гравитационную волну. Ситуация вточности такая же, как у астронавтов в кабине галлактического корабля на орбите. Находясь в невесомости, они не могут найти и тем паче измерить гравитационное поле. Два шарика, находясь на неком отдалении, подвергаются воздействию поля немножко по-разному, и меж ними появляется относительное движение. Вот это относительное движение и можно измерить.
В случае электрических волн для их обнаружения не непременно брать даже шарик — есть различные типы электрических антенн. В случае же гравитационных волн выдуманы тоже различные конструкции гравитационных антенн.
Но все смотрится относительно просто только на теоретическом уровне. По сути в сколь-нибудь обычных для нас критериях возникающие гравитационные волны очень слабы: они должны излучаться при ускоренных движениях мощных тел. Но даже при движении небесных тел излучение гравитационных волн ничтожно. Так, при движении планет в Солнечной системе излучается гравитационная энергия, равная мощности всего только сотки электронных лампочек. Хотя это число и может показаться огромным по нашим земным меркам, оно ничтожно по сопоставлению, скажем, с мощностью светового излучения Солнца, которое в 100 тыщ млрд млрд раз больше (число записывается единицей с 20 3-мя нулями). Пробы же сделать лабораторные излучатели гравитационных волн пока и совсем обречены на не-удачу.
Скажем, можно сделать излучатель гравитационных волн в виде стремительно вращающегося стержня. Если взять железную болванку длиной 20 метров, массой 500 тонн и раскрутить ее до максимума на разрыв центробежными силами (частота вращения при всем этом около 30 герц), то она будет источать всего одну десятитысячную миллиардной миллиардной толики эрга за секунду.
Приведенные примеры демонстрируют, как трудны пробы обнаружения гравитационных волн. В прямых опытах на Земле эти волны пока не обнаружены, хотя в различных лабораториях мира построены и строятся уже 10-ки гравитационных антепн, созданных для приема волн тяготения из космоса. Пионером этой работы был южноамериканский экспериментатор Д. Вебер в конце 50-х — начале 60-х годов. У нас в стране работа по созданию гравитационных антенн более активно ведется в Столичном институте под управлением В. Брагинского.
Хотя, как уже сказано, при помощи антенн на Земле пока гравитационные волны не обнаружены, но некие астрономические наблюдения прямо демонстрируют, что гравитационные волны излучаются при движении небесных тел. Что все-таки это за наблюдения?
Дело заключается в последующем. Как мы уже знаем, при движении планет либо, к примеру, движении звезд в двойных звездных системах излучаются гравитационные волны, уносящие энергию. Эти энергопотери обычно очень малы. Но чем больше масса передвигающихся небесных тел и меньше расстояние меж ними, тем лучше излучение. Энергопотери в системе двойной звезды приводят к постепенному сближению звезд и уменьшению периода их воззвания вокруг центра тяжести. Естественно, это происходит очень медлительно, и все же при помощи особых методов наблюдения такое уменьшение периода в одном случае удалось зафиксировать, при этом в четком согласии с пророчествами теории Эйнштейна. Мы не будем тут говорить об астрономических наблюдениях подробнее, потому что это увело бы нас далековато в сторону.
Вернемся к движению тела вокруг темной дыры по радиальный орбите. При всем этом будет происходит излучение гравитационных волн и постепенное уменьшение радиуса орбиты. Так будет длиться до того времени, пока радиус не воспримет критичного значения 3-х гравитационных радиусов. На наименьших расстояниях, как мы знаем, движение уже нестабильно. Как следует, тело, достигнув критичной орбиты, сделав еще несколько оборотов и излучив некое количество энергии, “упадет” с этого расстояния в черную дыру.
Какое полное количество энергии излучит тело в виде гравитационных волн за всегда, пока оно двигалось вокруг темной дыры по окружности с медлительно уменьшающимся радиусом? Излучение происходит, как мы лицезрели, очень малоинтенсивно, но сам процесс этот продолжается длительно! Таким макаром, общее количество излученной энергии будет велико. Чтоб показать ее, приведем такое сопоставление. Понятно, что при ядерных превращениях, к примеру, водорода в гелий либо в еще больше томные элементы, определенная толика массы преобразуется в энергию. Очень во всех видах реакций эта толика может составить около 1-го процента. В случае же излучения гравитационных волн при движении вокруг темной дыры излучается энергия в 6 раз больше!
Мы лицезреем, что в принципе даже таким простым методом можно было бы использовать темные дыры как источник эпергип. Естественно, фактически такая машина практически никчемна. Дело в том, что гравитационные волпы очень слабо ведут взаимодействие с веществом. Потому выделающуюся в виде гравитационных волн энергию было бы очень тяжело поймать и использовать для практических нужд: гравитационные волны рассеивались бы в галлактическом пространстве. В предстоящем мы увидим, что есть другие методы использования огромной гравитационной энергии темных дыр.
Новиков И.Д.