Юный техник, 2000 № 06: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

Если пользоваться научной терминологией, волны тяготения — это возмущения переменного гравитационного поля, которое излучается ускоренно движущимися (кавитационными массами и, подобно электромагнитному излучению распространяется в пространстве со скоростью света.

Природу этого явления трактует созданная А. Эйнштейном общая теория относительности, которая описывает тяготение как воздействие материи на свойства пространства и времени. Согласно этой теории, тяготение — есть искривление пространственно-временного континуума. Наглядно, так сказать, на пальцах проиллюстрировать, что это такое, практически невозможно. Мы способны представить себе разве что искривленную поверхность. Если, скажем, на растянутое полотнище из резины опустить груз (например, стальной шарик), то мы увидим, как оно прогнется, образовав углубление. Если же такой груз еще и движется, возникают колебания. При этом по полотнищу распространяются волны, подобно тому как по воде разбегаются круги от брошенного в нее камня.

Такая аналогия весьма приблизительна, но все же дает какое-то представление о предмете сегодняшнего разговора.

Поскольку пространство, в отличие от резинового полотнища, обладает, по словам ученых, очень высокой жесткостью, чтобы его искривить, требуются гигантские гравитационные поля, а значит, и массы. Ведь иного источника гравитации, нежели масса, мы пока не знаем.

Долгое время в земных условиях существование гравитационных волн пытались доказать с помощью калиброванных масс. Скажем, в эксперименте американского физика Вебера роль эталонов играли два массивных цилиндра, которые по идее должны были чуть-чуть сместиться друг относительно друга при прохождении волны.

Однако как ни пытались экспериментаторы зафиксировать это «чуть-чуть», им так и не удалось получить бесспорных результатов. Датчики фиксировали что угодно: сотрясения почвы от проехавшего в километре трамвая), сейсмические колебания, но никак не гравитационные волны.

Нынешний этап исследований отличается от предыдущих тем, что исследователи с самого начала настраиваются на фиксирование лишь самых сильных гравитационных всплесков — таких, например, какие случаются при глобальных вселенских катастрофах. Когда, скажем, где-то вспыхнет сверхновая звезда, что на практике означает взрыв очень массивного небесного тела (в сотни, а то и миллионы раз массивнее нашего светила). Соответственно при этом происходит разброс огромных масс и резкие, очень сильные возмущения гравитационного поля. А всплески, вызываемые астрофизическими катастрофами в нашей или соседних галактиках, происходят довольно часто, чуть ли не ежемесячно.

Такая частота повторения события вполне приемлема для физиков-экспериментаторов.

Гораздо хуже другое: длительность такого всплеска составляет порядка 0,001 или даже 0,0001 с. Самая же большая сложность регистрации гравитационных волн заключается в том, что амплитуда смещения датчика даже в этом случае должна лежать, по расчетам, в пределах от 10^-19 до 10^-21 м! Иными словами, если сверхновая вспыхнет в нашем Млечном Пути, то расстояние между Солнцем и Землей изменится лишь на диаметр одного водородного атома! И чтобы засечь такое смещение, нужно немало потрудиться…

Детектор, монтируемый в окрестностях Ганновера, базируется на лазерных интерферометрах. В самом общем виде схема выглядит так.

Испускаемый лазером луч с помощью специального устройства делится пополам. Оба луча расходятся друг от друга под прямым углом. Каждый из них проходит внутри вакуумной трубы путь длиной 600 м. В конце он отражается от зеркала и возвращается в исходную точку. Накладываясь друг на друга, пришедшие лучи создают интерференционную картину, узор которой сохраняется неизменным до тех пор, пока не меняется расстояние, преодолеваемое лучами. Но если Земля окажется на пути гравитационной волны, теоретически длина одной из вакуумных труб на мгновение чуть-чуть уменьшится, а другой чуть увеличится. Этого должно оказаться достаточно, чтобы интерференционная картина изменилась.

Кроме того, частоты гравитационных волн согласно расчетам должны находиться в звуковом диапазоне. Это обстоятельство навело экспериментаторов на идею транслировать «музыку сфер» через динамики с таким расчетом, чтобы можно было даже на слух воспринять какие-то изменения.

Карлстен Дамстон полагает, что обнаружение гравитационных волн даст ученым дополнительные сведения об окружающем нас мире. Ведь сегодняшние методы изучения Вселенной базируются на регистрации лишь электромагнитного излучения; все на свете телескопы — рентгеновские, оптические или радио — фиксируют только их. А стало быть, мы практически ничего не знаем о тех объектах Вселенной, которые не излучают электромагнитных волн. Быть может, поэтому мы до сих пор так и не можем обнаружить скрытую массу? А ведь согласно вычислениям теоретиков все звезды, галактики, скопления составляют не более 10 процентов от общей массы Вселенной.

Вот бы обнаружить остальное.

Олег СЛАВИН

НОВАЯ ЖИЗНЬ СТАРЫХ ИДЕЙ

Дирижабли завтрашнего дня

Самый серьезный недостаток дирижабля — слишком малая скорость. Ни один дирижабль в неподвижном воздухе еще не развивал более 150 км/ч. Поэтому на малых расстояниях его легко побеждает гораздо более дешевый и компактный вертолет. А на больших…

В 30-е годы немецкий дирижабль LZ-127 «Граф Цеппелин» (рис. 1) неоднократно пересекал океан, тратя на это примерно четверо суток. Получалось втрое быстрее, чем на пароходе. Но сегодня этот путь можно проделать на самолете за 8–9 часов.

Рис. 1

Часто говорят о высокой экономичности дирижабля. Но и к этому следует относиться с осторожностью. Он действительно расходует топлива меньше, чем самолет. Но лишь благодаря полету с очень низкой скоростью. При прочих равных условиях мощность, необходимая на преодоление сопротивления воздуха, растет пропорционально кубу скорости.

Если бы мы пожелали увеличить скорость дирижабля в два раза, мощность моторов пришлось бы увеличить в восемь раз. Полеты через океан стали бы невозможны из-за возросшего расхода топлива. И наоборот, даже небольшое снижение скорости заметно повышает экономичность дирижабля.

Построенный немцами в 1917 году дирижабль LZ-104 имел, к примеру, максимальную скорость всего 104 км/ч (рис. 2).

За счет этого заметно снизился расход топлива, и воздушный корабль способен был доставлять 52 т бомб на расстояние 16 000 км!

И стоит поблагодарить судьбу за то, что немцы в годы Первой мировой войны практически не использовали возможности своих военных дирижаблей. В противном случае, если бы каждый из них хоть раз сбросил на Лондон полный груз бомб, столица Англии была бы стерта с лица земли, а прогулка LZ-104 к городам Америки помешала бы вступлению США в войну. Но вернемся к теме.

Существуют традиционные способы снижения аэродинамического сопротивления. Это улучшение формы, создание гладкой поверхности, устранение всех выступающих частей. По этому пути дирижаблестроители идут уже более ста лет и в значительной мере исчерпали его возможности. Тем более что таким способом сопротивление воздуха можно снизить не более чем вдвое. Соответственно может возрасти дальность полета, но скорость увеличится немного. На широкую дорогу это дирижабль не выведет.

Однако выход из положения есть. Нужно использовать принципиально новые методы снижения сопротивления, разработанные в наши дни для самолетов. Строго говоря, их появление связано с работами французского физика и математика Д’Аламбера (1717–1783), доказавшего, что при движении в идеальной сплошной среде, где отсутствует вязкость, сопротивление движению тел равно нулю. Это положение часто называют парадоксом Д'Аламбера.

Сопротивление, встречаемое телами при движении в реальной среде, например воздухе, связано с наличием у него вязкости. Силы вязкости сами по себе очень слабы. Однако они выступают в роли организатора, заставляющего потоки воздуха двигаться таким образом, что при этом возникает сопротивление.