KNOWLEDGE HYPERMARKET


Динамические поля гравитации

Гипермаркет знаний>>Естествознание>>Естествознание 11 класс>> Динамические поля гравитации


                                                                      2.6. Динамические поля гравитации

Если  пространственное  распределение массы  вещества меняется  с  течением  времени,  то  должно  возникать  динамическое  гравитационное  поле. Как и для поля электромагнитного, более простое математическое описание получается  для  предельного  случая,  когда  точка  наблюдения  находится  на далеком  расстоянии  от  источника  волн.  Гравитационные  волны -  попереч  35ные.  В  общем  случае  неполяризованная  волна  описывается  двумя  взаимно перпендикулярными компонентами  E  и   Ez, если распространение гравитационной волны идет вдоль оси ОХ. Другой возможный случай поляризации, - когда «растяжения – сжатия» ориентированы по диагоналям осей координат.

Для случая плоского фронта поляризованной волны характер искажения пространства (растяжения линий в нем)  гравитационной волной можно представить  рис. 2.11, на  котором показано,  как  будет меняться  круговая  линия на фронте волны через четверть периода волны.


волна

Положение волнового фронта через половину  периода  совпадает  с  первоначальным  кругом. Для  другой  возможной поляризации  растяжения –  сжатия  направлены под углом 45° к изображенным на данной схеме.

Мощным  источником  электромагнитной  волны  является  диполь -  два электрических  заряда  противоположных знаков.  Для  эффективного  излучения гравитационной  волны  необходим  квадруполь,  так  как  сжатия  и  растяжения происходят в двух взаимно перпендикулярных направлениях.  

Колебания  четырех  одинаковых  масс  во  взаимно  перпендикулярных направлениях создают переменный квадрупольный момент, и наоборот - при прохождении плоского фронта гравитационной волны свободные массы начнут колебания в этих же направлениях. Квадрупольным моментом обладает и стержень (или  цилиндр),  вращающийся  вокруг  оси  симметрии (рис. 2.12). Мощность излучения гравитационных волн стержнем выражается формулой

27-02-026.jpg

Величина коэффициента 27-02-027.jpg, поэтому даже для очень больших масс М, круговой частоты ? и длины стержня L в условиях Земли нельзя получить  заметного  гравитационного  излучения.  Однако  в  космосе  часто встречаются двойные звезды с гигантскими величинами масс, вращающиеся вокруг  общего  центра.  Поэтому  есть принципиальная  возможность  поиска гравитационных  волн  из  космоса.  Гравитационные волны - это рябь на ткани пространства-времени,  которая распространяется  со  скоростью  света.  Будучи предсказанными  Альбертом  Эйнштейном в  общей  теории  относительности, они до сих пор непосредственно не обнаружены.

цлиндр

Однако  косвенным  образом они были идентифицированы в движении двойных звезд. Так, в течение более  десяти  лет  наблюдали  отставание  фазы  затмения  одного  из  пульсаров (быстро вращающейся нейтронной звезды) звездой-спутником.
 
Отставание  возникает  из-за  потерь  энергии  системы  двух  звезд  на гравитационное излучение. Наблюдаемые данные, приведенные в виде точек на графике,  хорошо согласуются с расчетами потерь энергии по формуле для квадруполя, записанной выше (сплошная кривая линия на рис. 2.13). Поэтому существование динамических гравитационных полей особых сомнений у физиков не вызывает, они доверяют надежным косвенным данным. Теперь необходимо  прямое  экспериментальное  наблюдение  динамических  полей  гравитации.
 
сдвиг фазы
 
Первая  антенна  гравитационных  волн  в  виде  двух  алюминиевых  цилиндров,  была  построена  в  начале 60-х  гг.  Дж.  Вебером  в  США.  Чувствительность их, как и более поздних сапфировых антенн, сделанных в России коллективом  физиков МГУ  под  руководством  В.Б.  Брагинского,  оказалась недостаточной. В настоящее время разработаны инженерные проекты лазерно-интерференционных  гравитационных  обсерваторий (проекты LIGO, VIRGO, LISA).  Аббревиатура LIGO  означает  в  переводе  на  русский  язык «Лазерная Интерферометрическая Гравитационно - волновая Обсерватория». Назначение LIGO -  наблюдение  гравитационных  волн  космического  происхождения. LIGO будет искать гравитационные волны, порожденные процессами  взрывов  сверхновых  звезд,  на  месте  которых  образуются  нейтронные звезды  и  черные  дыры. Другими  возможными  источниками  будут:  слияние двух  черных  дыр  или  двух  нейтронных  звезд,  вращение  деформированных нейтронных звезд, а также - остатки гравитационного излучения, оставшегося с момента рождения Вселенной. При слиянии двух нейтронных звезд излучается около 1% от полной энергии (Е = mc2) двух звезд.


черная дыра
 
Когда  сливаются  две  Черные  дыры,  мы имеем  возможность  наблюдать  вихри пространства-времени,  их  динамику.  Ведь Черные  дыры «сделаны»  не  из  обычной материи,  а  из  скрученного (вихревого) пространства-времени.  Интересно  отметить, что  гигантская масса Черной дыры при своем вращении  увлекает  за  собой  пространство примерно так же, как смерч своим вращением закручивает окружающий воздух.

В  настоящее  время  ведутся  поиски  гравитационных волн длиной от размера Вселенной  до  нескольких  метров. Хорошая  чувствительность  уже  достигнута  или планируется ее достигнуть в интервале частот от 10 до 104 Гц. На этот диапазон рассчитаны две антенны LIGO: одна в Хэнфорде, другая в Ливингстоне (США) и антенна VIRGO - недалеко от Пизы в Италии.  На более низкие частоты - от 0,1 до 0,0001 Гц гравитационного излучения - нацелен спутниковый проект LISA  (Лазерно -  Интерферометрическая  Спутниковая  Антенна). Пробный запуск элементов антенны намечен на 2006 г., а окончательный - на 2010-й.  Космическая  антенна  будет  расположена  на  той  же  орбите  вокруг Солнца, что и Земля. В ней, как и в антеннах LIGO и VIRGO, будут использованы  зеркала (центральный  элемент  в  спутниках)  и  лазерный  интерферометр для измерения их малых относительных колебаний (амплитуда 10-9 см  при расстоянии между зеркалами в 5 млн. км). Антенна на околоземной орбите позволит начать изучение того, что происходило во Вселенной в первую секунду ее существования. Можно предсказать, что в ближайшие 20-30 лет с помощью  этих  антенн  мы  сможем  узнать «темный» (в  буквальном  смысле этого слова) миг эволюции нашей Вселенной, в течение которого вся информация о происходящем была связана с излучением гравитационных волн.  

 
 


Концепции современного естествознания. Стародубцев В.А., 2-е изд., доп. — Томск.: Том. политех. ун-т, 2002. — 184 с.



Содержание урока
1236084776 kr.jpg конспект урока
1236084776 kr.jpg опорный каркас  
1236084776 kr.jpg презентация урока
1236084776 kr.jpg акселеративные методы 
1236084776 kr.jpg интерактивные технологии 

Практика
1236084776 kr.jpg задачи и упражнения 
1236084776 kr.jpg самопроверка
1236084776 kr.jpg практикумы, тренинги, кейсы, квесты
1236084776 kr.jpg домашние задания
1236084776 kr.jpg дискуссионные вопросы
1236084776 kr.jpg риторические вопросы от учеников

Иллюстрации
1236084776 kr.jpg аудио-, видеоклипы и мультимедиа 
1236084776 kr.jpg фотографии, картинки 
1236084776 kr.jpg графики, таблицы, схемы
1236084776 kr.jpg юмор, анекдоты, приколы, комиксы
1236084776 kr.jpg притчи, поговорки, кроссворды, цитаты

Дополнения
1236084776 kr.jpg рефераты
1236084776 kr.jpg статьи 
1236084776 kr.jpg фишки для любознательных 
1236084776 kr.jpg шпаргалки 
1236084776 kr.jpg учебники основные и дополнительные
1236084776 kr.jpg словарь терминов                          
1236084776 kr.jpg прочие 

Совершенствование учебников и уроков
1236084776 kr.jpg исправление ошибок в учебнике
1236084776 kr.jpg обновление фрагмента в учебнике 
1236084776 kr.jpg элементы новаторства на уроке 
1236084776 kr.jpg замена устаревших знаний новыми 

Только для учителей
1236084776 kr.jpg идеальные уроки 
1236084776 kr.jpg календарный план на год  
1236084776 kr.jpg методические рекомендации  
1236084776 kr.jpg программы
1236084776 kr.jpg обсуждения


Интегрированные уроки


Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.