Гравитационные волны - Брагинский В.Б.
Скачать (прямая ссылка):
Спутник представляет из себя аппарат весом 830 кг. Он был запущен в 2001 году и выведен в точку L2, которая находится на расстоянии 1.5 млн. км от Земли в стороне, противоположной Солнцу. Время жизни спутника в рабочей точке предполагается не менее двух лет, три дополнительных месяца предназначены для вывода спутника в расчетную точку. На рис. 6 художник представил положение спутника в точке L2.
В результате работы спутника была получена карта яркости сферы последнего рассеяния. Это карта представлена на рис.7. Пятна различного цвета представляют различие в температуре этой поверхности. Как видно из рисунка, наблюдаемую картину сформировали волны гравитационного поля различной длины. Самая большая длина превышает десять миллиардов световых лет, самая короткая волна составляет сотни миллионов световых лет. Естественно, что изменение этой картины во времени требует наблюдений в течение сотен миллионов лет. Наблюдать это невозможно, поэтому вместо временных изменений космологи наблюдают угловые изменения.
Здесь надо сказать, что анизотропия реликтового излучения вызвана гравитационным полем, связанным с неоднородным распределением вещества во Вселенной. Это доказано наблюдениями поляризации со спутника WMAP. Космологические гравитационные волны пока не обнаружены. Теоретические оценки показывают, что для наблюдения гравитационных волн необходимо повысить чувствительность приборов, по крайней мере, на порядок. Космологи — экспериментаторы сейчас работают над этой проблемой.
VII. Заключение
Из статьи может создаться впечатление о чрезвычайной трудности проблемы детектирования гравитационных волн. И это правильное впечатление. Может быть, не стоит решать эту проблему вообще? Ведь так много проблем вокруг!
Поэтому необходимо сказать несколько слов о том, почему физики прилагают много усилий для детектирования гравитационных волн.
Методы физических исследований менялись на протяжении веков. Современная физика родилась в эпоху Возрождения, когда Галилео Галилей установил метод экспериментального исследования физических явлений. Со временем физики проникали все дальше вглубь вещества. Для проникновения вглубь вещества для изучения молекул, а затем и атомов понадобились физические приборы с большим значением энергии на частицу. Переход к меньшим масштабам требовал все большей энергии частиц, с помощью которых исследовались эти масштабы. В прошлом столетии физики изобрели ускорители элементарных частиц. С их помощью была исследована структура атома и атомного ядра, а также структура физических взаимодействий на более мелких масштабах. Повышая энергии частиц, физики дошли до технологического предела мощности. Сейчас готовится эксперимент LHC в ЦЕРНЕ, во всемирной ядерной лаборатории. В ускорителе этого эксперимента протоны будут «разогнаны» до энергий 10 000 ГэВ, в 10 000 раз больше чем энергия покоя самого протона. Но
27
вот построить ускоритель на энергии, которые значительно больше этой современные технологические возможности пока не позволяют.
Так что же, это означает конец экспериментального метода исследования физических взаимодействий? Ответ простой — нет, не означает. Просто меняются инструменты исследований. Теперь таким инструментом станет гравитационноволновая астрономия.
Исследование всплесков из космоса на обсерватории LIGO позволит изучать не только внутреннюю структуру нейтронных звезд, но и структуру пространства — времени вблизи горизонта черной дыры. Этот вид исследований невозможно проводить в лабораторных условиях в принципе. Сейчас не видно других физических методов исследований, которые позволили бы изучать эти свойства.
Уже сейчас, основываясь на данных анизотропии, можно сделать некоторые предварительные выводы о структуре взаимодействий в области
энергий 1016 ГэВ. Несмотря на то, что космологические гравитационные волны не зарегистрированы, одно весьма важное заключение можно сделать уже сейчас — теория инфляции во Вселенной является в общих чертах правильной. Во Вселенной был режим доминирования скалярного поля! Это первые экспериментальные данные, относящиеся к физике взаимодействий вблизи планковских масштабов энергий.
Первые физические данные были получены об энергетических масштабах порядка 0.1 эВ. Это были данные о химических реакциях в веществе. Экспериментально — лабораторные исследования, а затем и технологическое освоение энергий порядка 1 КэВ — 1 МэВ, открыли атомный век с его технологией и, вообще говоря, с присущими ему недостатками. Это было продвижение «всего лишь» в миллион раз по шкале энергий. Что же может сулить человечеству продвижение.
28
Средневековый путешественник добрался до края Земли, просунул голову сквозь небесную твердь и наблюдает движение планет. Именно так средневековые астрономы представляли устройство нашей Солнечной системы миллиарды и миллиарды раз по шкале энергий? Об этом сейчас можно только гадать [16].
Обнаружение космологических гравитационных волн позволит нам «заглянуть» в раннюю Вселенную, позволит нам изучать физику при таких энергиях, о которых физики на Земле могут только мечтать.
