Космические рубежи теории относительности

Идея, положенная в основу эксперимента, очень проста. Всякий раз, когда через веберовский цилиндр проходит гравитационная волна, цилиндр начинает колебаться. Колебания стержня передаются пьезоэлектрическим датчикам, электрический ток от которых идет в усилитель и к регистрирующему устройству. Однако практическая реализация эксперимента чрезвычайно сложна. Если на улице бушует гроза или просто кто-то идет по лестнице в помещение лаборатории, то возникают механические вибрации, вполне достаточные, чтобы на неё прореагировали пьезоэлектрические датчики. Таким образом, перед Вебером встала задача отделить настоящие гравитационные волны от «шумов», обусловленных многочисленными посторонними причинами.

В 1960-х годах Вебер установил две гравитационные антенны - одну в Мэрилендском университете близ Вашингтона, а другую - в Аргоннской национальной лаборатории под Чикаго. Каждый цилиндр был длиной около полутора метров и диаметром 60 см, а весил почти полторы тонны. Как и ожидалось, пьезоэлектрические кристаллы на каждом из стержней всё время подавали сигналы, ибо стержни отвечали колебаниями на всевозможные случайные возмущения. Однако Вебер понимал, что очень маловероятно такое стечение событий, когда два случайных воздействия проявятся одновременно и в Вашингтоне, и в Чикаго. Поэтому всё его внимание было сосредоточено на совпадениях. Когда на Землю приходит гравитационная волна из космоса, обе антенны Вебера должны прийти в колебательное движение в основном одного и того же типа и в одно и то же время. Отбрасывая случайные колебания, которые не возникают одновременно в Мэриленде и в Аргонне, он тем самым смог бы исключить «шумы» (рис. 15.5).

Регистрация гравитационных волн. Гравитационные антенны, расположенные в Мэрилендском университете и Аргоннской национальной лаборатории, постоянно отмечают сигналы, отвечающие случайным воздействиям. Но сильный сигнал, одновременно принятый обеими антеннами, может быть вызван приходом гравитационной волны.

После многих лет упорного труда Веберу наконец удалось зарегистрировать одновременные колебания его обеих антенн. К 1968 г. установка была настолько усовершенствована, что совпадения сигналов в антеннах в Мэриленде и Чикаго наблюдались почти ежедневно. Вебер привел доводы, свидетельствующие в пользу того, что вероятность чисто случайной природы этих совпадений крайне мала, и пришел поэтому к заключению, что действительно смог обнаружить гравитационные волны. К тому же использованные в его экспериментах антенны обладали некоторой направленностью: они лучше должны были воспринимать гравитационные волны, приходящие с определённых направлений на небе. Обращая внимание на время суток, в которое была зарегистрирована большая часть совпадений, Вебер предположил, что зарегистрированное им гравитационное излучение могло бы приходить из центра нашей Галактики.

Тот факт, что Веберу действительно удалось обнаружить гравитационные волны, энергично оспаривается многими физиками. Для сомнений существуют две веские причины. Прежде всего в последние годы уже несколько групп физиков соорудили гравитационные антенны, но им практически ничего не удалось зарегистрировать. Значит, либо Вебер ошибается и его совпадения случайны или вызваны каким-то посторонним влиянием, либо те физики, которые построили новые антенны, ещё не смогли так усовершенствовать свою аппаратуру; чтобы регистрировать те волны, о наблюдении которых сообщал Вебер.

Вторая причина выявляется из некоторых любопытных расчётов. Мы уже отмечали, что гравитационные волны очень слабы и по сравнению с другими формами излучения они переносят очень мало энергии. Именно поэтому их так трудно обнаружить. Однако если Вебер на самом деле зарегистрировал приход гравитационных волн от центра нашей Галактики, то можно оценить энергию, которая затрачивалась бы там, в галактическом центре, для излучения этих волн. Значительные по амплитуде гравитационные волны могли бы быть вызваны, например, колебаниями нейтронных звёзд или чёрных дыр, падением больших масс вещества на чёрную дыру, столкновениями двух чёрных дыр и вспышками сверхновых. Чтобы эти процессы (или им подобные) давали мощность, необходимую для возбуждения наблюдаемых Вебером колебаний в его антеннах, в центре нашей Галактики должны происходить чудовищные по своим масштабам катастрофы. К тому же, поскольку Вебер утверждает, что он регистрирует ежедневно по нескольку совпадений, эти чудовищные катастрофы должны там происходить каждые несколько часов. Астрофизики считают практически невозможным вообразить себе физические условия, при которых могли бы столь часто происходить явления, вызывающие такое мощное гравитационное излучение.