Рассказывают ученые - неизвестен Автор

доктор физико-математических наук

В. Б. Брагинский

Что дает основание для вывода о существовании гравитационных волн?

Вывод о возможности существования волн тяготения (гравитационных волн) - одно из следствий общей теории относительности Эйнштейна. До сих пор каких-либо оснований сомневаться в справедливости этой теории у нас не было. Целый ряд предсказанных ею космических и физических явлений, в том числе такой фундаментальный факт, как расширение Вселенной, получили наблюдательные и экспериментальные подтверждения. Поэтому мы вправе ожидать, что оправдаются и другие ее предсказания, в частности и относительно существования гравитационных волн.

Всем хорошо знакомы электромагнитные волны. Они образуются в тех случаях, когда возникают возмущения электрического или магнитного полей. Эти возмущения отрываются от источника и распространяются в пространстве со скоростью, равной скорости света. Аналогичное явление в принципе должно происходить и при возмущениях поля тяготения, гравитационного поля...

Всякое ли возмущение поля тяготения приводит к возникновению гравитационных волн?

Нет, как показал Эйнштейн, только при определенных условиях возмущение гравитационного поля может оторваться от источника и начать самостоятельную жизнь. В космосе их могут, например, порождать двойные звезды (две звезды, обращающиеся вокруг общего центра масс) или столкновения двух звезд. По-видимому, гравитационные волны могут возникать и при вспышках сверхновых звезд, а также при гравитационном коллапсе - в момент образования "черных дыр".

Какое научное значение имело бы открытие гравитационных волн?

Прежде всего, тем самым получила бы добавочное подтверждение общая теория относительности Эйнштейна. К тому же гравитационные волны от внеземных источников, если они будут обнаружены, могут стать чрезвычайно важным каналом для поступления астрофизической информации. В частности, с их помощью можно будет получать интереснейшие данные о гравитационном коллапсе звезд, о рассеянии материи космическими объектами, о динамике многих других космических процессов.

Они также способны принести уникальные сведения буквально о самых первых мгновениях расширения Вселенной.

Вы сказали: "Если удастся обнаружить". Как это следует понимать?

Все дело в том, что заключение о существовании гравитационных волн не является однозначным выводом из общей теории относительности. На пути от уравнений этой теории к интересующему нас выводу делаются различные допущения физического порядка. При этом одни ученые считают, что подобные допущения вполне оправданны, а другие разделяют прямо противоположную точку зрения. Лично я придерживаюсь того мнения, что гравитационные волны существуют. Но, разумеется, окончательным судьей в этом споре может быть только эксперимент.

В свое время в печати появлялись сообщения о том, что американскому физику Веберу удалось зарегистрировать гравитационные волны. Что бы вы могли сказать по этому поводу?

Вебер сконструировал специальные антенны для обнаружения всплесков гравитационных волн от внеземных источников. Чтобы исключить влияние каких-либо иных физических процессов, например сейсмических толчков, две установки были разнесены на 1000 километров одна от другой. Учитывались только те воздействия, которые фиксировались одновременно обоими детекторами. И уже в первых сериях наблюдений был зарегистрирован ряд таких совпадений. Сообщения об этом произвели настоящую сенсацию, в ряде стран стали спешно создаваться аналогичные устройства для повторения подобных наблюдений. Эта своеобразная "гонка", продолжавшаяся около двух с половиной лет, закончилась, однако, ничем. Никому результатов Ве-бера повторить ни разу не удалось. Видимо, он все-таки ошибся. Хочу, впрочем, подчеркнуть, что ошибка эта отнюдь не относится к категории тривиальных. Ведь речь идет о длительных, многомесячных измерениях весьма малой физической величины, измерениях, которые к тому же требуют абсолютной гарантии от каких бы то ни было помех.

В таком случае возникает естественный вопрос: что же регистрировали в действительности приборы Вебера?

Еще в 1972 г. сотрудники одного из советских научно-исследовательских институтов провели интересное исследование. Они вложили в электронно-вычислительную машину результаты наблюдений Вебера, а также данные о ходе ряда других природных явлений за тот же период, в том числе и о вариациях магнитного поля Земли, пятнах и вспышках на Солнце. Оказалось, что между всеми этими явлениями существует определенная взаимозависимость. Впоследствии аналогичную работу проделали американские ученые и пришли к такому же результату.

А как вы относитесь к предположению о том, что Веберу удалось зарегистрировать гравитационное излучение, исходящее из центра нашей Галактики?

Как я уже сказал, Вебер, видимо, вообще регистрировал не гравитационные волны. Что же касается гравитационного излучения из центра нашей Галактики, то в принципе те физические процессы, которые там происходят, вероятно, могут порождать гравитационное излучение. Но если бы оно действительно оказалось таким, каким его зарегистрирЬвал Вебер, то всего за 100 тысяч лет вся центральная часть нашей звездной системы должна была бы превратиться в гравитационное излучение. Совершенно очевидно, что подобный результат вступает в явное противоречие с многомиллиардным возрастом Галактики.

Каковы же перспективы дальнейших исследований в области изучения гравитационных волн?

В настоящее время в разных странах, в том числе и в Советском Союзе, ведутся интенсивные работы по созданию новых, более чувствительных приемников гравитационного излучения. Я думаю, в ближайшем будущем в этой области появятся новые результаты, которые значительно расширят наши знания о фундаментальных закономерностях мироздания.

ПОЯСНЕНИЕ НЕКОТОРЫХ СПЕЦИАЛЬНЫХ ТЕРМИНОВ

Античастицы. - В конце 20-х годов текущего столетия знаменитый английский физик Поль Дирак разработал теорию движения электронов в атомах. Из этой теории вытекало, что элементарные частицы могут отличаться не только массой, но и своими электрическими и магнитными свойствами. В частности, его теория предсказывала существование "антиэлектронов" - частиц с массой электрона, но обладающих положительным зарядом.

Прошло всего четыре года, и в 1932 г. при изучении космических лучей американский физик К- Андерсон обнаружил частицу, свойства которой совпадали со свойствами "антиэлектронов" Дирака. Новая частица получила название позитрона. В настоящее время физикам известны антинейтроны, антипротоны и многие другие античастицы. Любопытно, что частицы и античастицы не могут сосуществовать. При соприкосновении друг с другом они аннигилируют - взаимно уничтожаются с выделением большого количества энергии, пол-нoстью превращаясь в излучение.

Атом водорода. - Водород - простейший и в то же время самый распространенный химический элемент во Вселенной. Атом водорода состоит из положительно заряжённого ядра - протона и движущегося вокруг него электрона. Электрические заряды электрона и протона одинаковы, но противоположны по знаку. Масса протона в 1836 раз больше массы электрона. Масса атома водорода в граммах составляет 1,67*10-24 грамм.

Масса электрона - 9,1*10-28 грамм. Диаметр атома водорода не может быть точно определен, его граница размыта, приблизительно он равен 10-8 сантиметра. Эта единица, равная одной стомиллионной доле сантиметра, в честь шведского ученого Андерса Ангстрема названа ангстремом.

Радиус протона примерно в 100 тысяч раз меньше радиуса атома водорода. Он составляет 1,3*10-13 сантиметра. Длина 10-13 сантиметра принята за ядерную единицу длины. Она получила название ферми в честь знаменитого итальянского физика Энрико Ферми. Плотность вещества в протоне фантастически велика - около 200 миллионов тонн в кубическом сантиметре. Приблизительно такова же плотность вещества во всех атомных ядрах.

Дейтерий. - Кроме обычного водорода в природе существует еще так называемый тяжелый водород, или дейтерий, который был открыт в 1932 г. Электронная оболочка атома дейтерия, так же как и у водорода, состоит из одного электрона, но его ядро - дейтон - примерно вдвое тяжелее и состоит из двух частиц - протона и нейтрона.

Дейтерий применяется в современной ядерной технике как взрывчатое вещество. В будущем он будет использоваться как горючее в термоядерных энергетических установках. Запасы термоядерной энергии дейтерия, имеющиеся в воде земных океанов, примерно в 100 миллионов раз превосходят запасы энергии ископаемого топлива (угля, нефти, газа, торфа).

Инвариантность - неизменяемость. В математике и физике инвариантные величины - величины, не меняющие своего значения, при том или ином классе преобразования играют весьма важную роль.