Gravitacionnoe izluchenie

GRAVITACIONNOE IZLUChENIE -izluchenie gravitac. voln telami (massami), dvizhushimisya s peremennym uskoreniem. OTO - obshaya teoriya otnositel'nosti (relyativistskaya teoriya tyagoteniya), sozdannaya A. Einshteinom v 1916 g., predskazyvaet sushestvovanie vozmushenii gravitac. polya, imeyushih harakter gravitac. voln, rasprostranyayushihsya v vakuume so skorost'yu sveta. Pri slabyh vozmusheniyah gravitac. polya G. i. imeet harakter poperechnyh voln s dvumya nezavisimymi komponentami, k-rye opredelyayut dva sostoyaniya polyarizacii volny. Gravitac. volny perenosyat energiyu i impul's. Vozdeistvuya na tela, oni dolzhny vyzyvat' otnosit. smeshenie ih chastei (deformaciyu tel). Na etom yavlenii osnovany popytki obnaruzheniya G. i. Odnako gravitac. volny do sih por ne obnaruzheny iz-za ih chrezvychaino maloi intensivnosti i kraine slabogo vzaimodeistviya s veshestvom. Moshnost' G. i., k-raya mozhet byt' sozdana v laboratornyh usloviyah generatorom G. i. dazhe pri znachitel'noi ego masse, ves'ma nevelika. Napr., soglasno raschetam, pri sobstvennyh kolebaniyah kvarcevogo brusa ob'emom v nesk. m³ s maks. amplitudoi, ogranichennoi predelom prochnosti kvarca, generiruemaya moshnost' G. i. sostavit lish' ~10^-20 Vt. Sushestvuyut dve osn. prichiny nizkoi effektivnosti preobrazovaniya mehanich. energii v energiyu G. i. Pervaya sostoit v malosti gravitacionnoi postoyannoi, k-raya vhodit kak v ur-niya Einshteina, tak i v zakon vsemirnogo tyagoteniya N'yutona. Neveliki i dostizhimye v eksperimentah s makroskopich. telami uskoreniya (t. k. pri bol'shih uskoreniyah tela razrushayutsya). Esli zhe ispol'zovat' v kachestve istochnikov G. i. mikroob'ekty - sgustki elektronov ili ionov, to vyigrysh v velichine uskoreniya kompensiruetsya malost'yu massy i polnaya moshnost' G. i. opyat' okazyvaetsya ves'ma neznachitel'noi. Vtoraya sushestvennaya prichina neeffektivnosti laboratornyh izluchatelei zaklyuchaetsya v tom, chto. v otlichie ot elektrich. zaryadov, vse gravitac. zaryady (massy) imeyut odin i tot zhe znak i velichina gravitac. massy strogo proporcional'na velichine inertnoi massy (etot fakt, polozhennyi v osnovu OTO, obychno naz. principom ekvivalentnosti; on mnogokratno proveryalsya v razlichnyh opytah s ves'ma vysokoi stepen'yu tochnosti). Poetomu esli v nek-roi sisteme massivnyh tel, dvizhushihsya s peremennym uskoreniem, centr inertnyh mass etih tel ostaetsya na meste, to ostaetsya na meste i centr gravitac. mass. Eto oznachaet, chto G. i. odnoi dvizhusheisya s peremennym uskoreniem massy budet v znachit. stepeni kompensirovat'sya izlucheniem drugoi massy toi zhe sistemy mass. Takoi izluchatel' (i generiruemoe im izluchenie) naz. kvadrupol'nym. Izluchenie el.-magn. voln imeet dipol'nyi harakter (poskol'ku sushestvuyut elektrich. zaryady raznyh znakov) i mozhet byt' intensivnym dazhe pri kolebaniyah nebol'shih zaryadov.

Intensivnost' G. i., kak i el.-magn. izlucheniya, proporcional'na kvadratu zaryada, t. e. v sluchae gravitacii - kvadratu massy (), v to vremya kak polnyi zapas energii () proporcionalen masse v pervoi stepeni. Eto oznachaet, chto s rostom massy pri teh zhe amplitudah uskorenii effektivnost' generacii G. i. uvelichivaetsya. Vychisleniya pokazyvayut, chto massa pri chastotah kolebanii, po poryadku velichiny sootvetstvuyushih dvizheniyu so skorost'yu sveta s na orbite s radiusom r = r_g (gde r_g - gravitacionnyi radius), za korotkii interval vremeni mozhet poteryat' nesk. procentov svoei polnoi energii () za schet G. i. Etot process budet nosit' harakter moshnogo vspleska G. i. astrofiziki predpolagayut, chto vo Vselennoi sushestvuyut estestv. impul'snye generatory G. i. vysokoi moshnosti. K nim dolzhny otnosit'sya vzryvy sverhnovyh zvezd, stolknoveniya neitronnyh zvezd, chernyh dyr, nesimmetrichnyi gravitacionnyi kollaps zvezd. Imenno na takie istochniki i rasschitany nazemnye laboratornye gravitac. antenny, rabotayushie ili sozdavaemye bolee chem v 20 laboratoriyah raznyh stran. Obnaruzhenie na Zemle vspleskov G. i. ot etih istochnikov oznachalo by odnovremenno i poyavlenie kachestvenno novogo kanala astrofizich. informacii. V odnoi galaktike mozhno ozhidat' odnu astrofizich. katastrofu takogo tipa raz v 20-30 let (s takoi chastotoi v srednem proishodyat vzryvy sverhnovyh v odnoi galaktike). Poetomu, chtoby rasschityvat' na registraciyu odnogo vspleska G. i. v mesyac, neobhodimo imet' dostatochno chuvstvitel'nye nazemnye gravitac. antenny, sposobnye obnaruzhit' vsplesk v lyuboi iz galaktik, nahodyashihsya na rasstoyanii do 3 Mpk (v sfere s takim radiusom nahoditsya ok. 300 galaktik).

Gravitac. antennoi mozhet byt' lyubaya para mass - probnyh tel (ili protyazhennoe telo) i chuvstvitel'noe ustroistvo, registriruyushee malye otnosit. smesheniya mass ili vyzyvayushie ih sily. Vsplesk G. i., rasprostranyayushiisya so skorost'yu sveta, neset izmenenie sv-v (krivizny) prostranstva, vozdeistvuyushee na probnye tela. Amplituda vozmushenii gravitac. polya, vyzvannyh G. i., ubyvaet obratno proporcional'no rasstoyaniyu ot istochnika (izluchatelya). Pri rasstoyanii l mezhdu dvumya svobodnymi probnymi telami variacii etogo rasstoyaniya, vyzvannye vspleskom G. i. s amplitudoi h, ravny Dl » lh. Optimistich. ocenka dlya velichiny h v Solnechnoi sisteme v sluchae vzryva sverhnovoi na rasstoyanii 3 Mpk lezhit v predelah (3-1)^.10^-19 (pri dlitel'nosti vspleska ~10^-4- 10^-3 s). Bolee realistich. ocenka dlya togo zhe sluchaya: h~10^-21 (vybor ocenki zavisit ot neizvestnoi stepeni asimmetrii vzryva sverhnovoi).

Naibolee perspektivnymi schitayut dva tipa nazemnyh gravitac. antenn. V pervom tipe vmesto otnosit. smeshenii dvuh probnyh mass fiksiruyut nizkochastotnye mehanich. kolebaniya massivnogo cilindra dlinoi »1-3 m, vyzvannye G. i.

Vo vtorom tipe ispol'zuyutsya dve svobodnye massy, raznesennye na rasstoyanie ~10³-10⁴ m, i lazernyi interferometr dlya registracii malyh izmenenii etogo rasstoyaniya (Dl) pod deistviem G. i.

Pri orientacii na optimistich. prognoz chuvstvitel'nost' datchikov dlya pervogo tipa antenn dolzhna byt' ne huzhe Dl » (2-3)^.10^-17 sm, a dlya vtorogo tipa - ne huzhe Dl » (2-3)^.10^-14 sm.

Teplovye kolebaniya antenn sozdayut pomehi priemu G. i. Dlya snizheniya urovnya pomeh temp-ru antenn pervogo tipa ponizhayut do T < 2K, uvelichivayut massu antenny (do nesk. tonn), a takzhe ee mehanich. dobrotnost' (umen'shayut zatuhanie kolebanii). Mozhno ozhidat', chto v blizhaishie gody neskol'ko antenn raznyh tipov budut sinhronno (v rezhime sovpadenii) registrirovat' vozmozhnye redkie vspleski G. i. s h ~ 1 ^.10^-19.

Sleduet otmetit', chto nedavno bylo polucheno kosvennoe podtverzhdenie sushestvovaniya G. i. Dolgoletnie nablyudeniya za dvoinoi zvezdoi, odin komponent k-roi - pul'sar PSR 1913+16, a drugoi, po-vidimomu, takzhe neitronnaya zvezda, pokazali, chto period obrasheniya komponentov vokrug obshego centra massy monotonno sokrashaetsya. Eto sokrashenie perioda oznachaet sblizhenie komponentov, k-roe, vozmozhno, vyzvano poterei energii na G. i. Chislennye ocenki izmeneniya perioda, vyzvannogo G. i., udovletvoritel'no soglasuyutsya s izvestnymi dannymi o vrashenii etoi tesnoi pary neitronnyh zvezd.

Lit.: Mizner Ch., Torn K., Uiler Dzh., Gravitaciya, t. 1-3, per. s angl., M., 1977; Braginskii V. B.„ Manukin A. B., Izmerenie malyh sil v fizicheskih eksperimentah, M., 1974; Vaisberg Dzh., Teilor Dzh., Fauler L., Gravitacionnye volny ot pul'sara v dvoinoi sisteme, per. s angl., "UFN", 1982, t. 137, v. 4, s. 707.

(V.B. Braginskii)