Zvaigžņotā Debess Nr. 57, 1972. gada rudens, 7. - 10. lpp.

     Jau vairāk nekā piecdesmit gadus ir zināms, ka A. Einšteina gravitācijas vienādojumiem pastāv atrisinājums viļņu vienādojuma formā, tomēr līdz pat sešdesmito gadu beigām tas palika tikai tīri teorētisks fakts. Pirmie darbi, kas bija vērsti uz gravitācijas viļņu atklāšanu, tika veikti piecdesmito gadu beigās, bet, lai iegūtu rezultātus, bija vajadzīgi gandrīz desmit gadi. Lai gan vēl tagad pastāv domstarpības par šo rezultātu interpretāciju, Merilendas universitātes (ASV) profesora Džozefa Vēbera vadītā zinātnieku grupa, kas veic šos eksperimentus, ir pārliecināta, ka ir reģistrēti gravitācijas viļņi.

     Apskatīsim šo problēmu tuvāk. Saskaņā ar Einšteina teoriju gravitācijas viļņus jāizstaro ķermeņiem, kuriem piemīt paātrināta kustība. Šiem viļņiem jāizplatās ar tādu pašu ātrumu kā elektromagnētiskajiem viļņiem vakuumā, t. i., ar gaismas ātrumu. Teorētiski aprēķini rāda, ka, sastopot savā ceļā kādu ķermeni, gravitācijas viļņi tam piešķir paātrinājumu, bet netiek ievērojami vājināti, t. i., notiek caurstarošana. Tādēļ vismaz Galaktikas robežās gravitācijas starojums var izplatīties bez ierobežojumiem.

     Runājot par gravitācijas viļņu iespējamiem avotiem, vispirms jāmin dubultzvaigznes, t. i., sistēmas, kuras divas zvaigznes kustas attiecībā pret sistēmas smaguma centru. Pēc teorijas, šādai sistēmai jāizstaro gravitācijas viļņi visos virzienos. Tātad visintensīvākie gravitācijas viļņu avoti būs tās dubultzvaigznes, kurām ir liela masa un mazs rotācijas periods. Novērotājam uz Zemes, protams, svarīgs ari dubultzvaigznes attālums no mums, jo tuvākajiem avotiem būs lielāks starojuma plūsmas blīvums. Amerikāņu zinātnieki Forvards un Bergmans teorētiski parādījuši, ka principā ir iespējams reģistrēt gravitācijas starojumu no sistēmām, kas atrodas aptuveni 3000 gaismas gadu attālumā no Zemes. Šajā mūsu Galaktikas apgabalā atrodas aptuveni 105 dubultzvaigžņu.

     Sakarā ar pulsāru atklāšanu tika izdarīti pirmie mēģinājumi novērtēt to iespējamo gravitācijas starojumu. Pēc padomju astrofizika J. Šklovska aprēķiniem, Krabja miglāja pulsārs, kuram elektromagnētiskā starojuma modulācijas frekvence ir 30 Hz, šajā frekvencē izstaro gravitācijas viļņus, kuru paredzamais plūsmas blīvums Zemes tuvumā ir aptuveni 10^-6 ergi/(s cm²). Šis lielums ir par trijām kārtām lielāks nekā gravitācijas starojuma plūsmas blīvums no dubultzvaigznēm.

     Kas attiecas uz gravitācijas viļņu ģenerēšanu laboratorijas apstākļos, tad šo viļņu intensitāte ir atkarīga no to ķermeņu masām, kas var tikt izmantoti svārstību procesā. Iespējas realizēt gravitācijas viļņu raidītāja—uztvērēja sistēmu, izmantojot ģenerēšanai lielu masu mehāniskās svārstības, sīki izanalizēja Dž. Vēbers. Izdarītie aprēķini rādija, ka mehānisko svārstību izmantošana ir saistīta ar pārāk lieliem eksperimenta mērogiem. Labākajā gadījumā varētu iegūt gravitācijas starojumu ar jaudas plūsmu l0^-13 ergi/s, bet mehānisko svārstību iegūšanai nāktos patērēt aptuveni 10¹⁵ ergi/s lielu jaudu.

     Tāpēc profesora Dž. Vēbera grupa, kas ir gandrīz vienīgais zinātniskais kolektīvs, kas nodarbojas ar gravitācijas viļņu uztveršanu, cenšas tos uztvert no iespējamiem kosmiskiem gravitācijas viļņu avotiem. Kā redzējām, šādi avoti var radīt Zemes tuvumā daudz lielāku gravitācijas starojuma plūsmas blīvumu, nekā laboratorijas raidītājs ar praktiski realizējamiem izmēriem.

     Runājot par gravitācijas viļņu uztveršanu, jāatzīmē, ka gravitācijas viļņus nevar konstatēt ar viena masas punkta palīdzību, kā tas ir iespējams elektromagnētisko viļņu gadījumā ar elektriskā lādiņa palīdzību. Gravitācijas viļņa lauks piešķir novērotājam, kas atrodas blakus masai, tādu pašu paātrinājumu kā masai. Šis apstāklis izriet no tā fundamentālā principa, ko sauc par inertās un gravitācijas masu ekvivalenci. Tādēļ gravitācijas viļņu konstatēšanai ir nepieciešami divi attālināti punkti vai ari viens ķermenis ar zināmu garumu. Pēdēja gadījumā gravitācijas viļņi ķermeni izraisa mehāniskus spriegumus, kurus mērot varēs konstatēt gravitācijas viļņus.

     Pirmo gravitācijas viļņu detektoru izstrādāja jau minētā profesora Vēbera grupa Merilendas universitātē. Tā galvenā detaļa ir alumīnija 153 cm garš cilindrs 66 cm diametrā, ar masu 1,5 t. Šis cilindrs tievās trosēs piekārts rāmim, kurš sastāv no tērauda blokiem. Visi rāmi sastādošie tērauda bloki novietoti uz gumijas starplikām un veido tādējādi antiseismisko filtru. Cilindrs ar rāmi ielikts vakuuma kamerā, bet visa iekārta novietota ārpus pilsētas, lai mazāk būtu jūtami industriālie traucējumi. Gravitācijas starojuma detektēšanai tiek izmantota tikai šā cilindra pašsvārstību frekvences viszemākā komponente ω=10⁴ radiāni sekundē (1660 Hz). Sājā frekvencē no visa iespējamā gravitācijas viļņu spektra tiek izdalīta šaura josla Δω=0,l rad/s.

     Mehāniskās svārstības tiek pārvērstas elektriskajās ar cilindra virsmai pielīmētu kvarca pjezoelementu palīdzību. Novadot tālāk elektrisko signālu, radās sarežģīta problēma sakarā ar elektriskā trakta elementu impedances nesaskaņotību. Kvarca pjezoelementiem šī pretestība ir ~ 109 omi, bet elektroniskajās shēmās izmanto elementus, kuru impedance parasti nepārsniedz 100 omus. Šīs problēmas atrisināšanai izrādījās nepieciešams priekšpastiprinātājā izmantot supravadošu induktivitāti, kas tiek dzesēta šķidrā hēlijā.

     Rezultātā gravitācijas viļņu detektora jutību ierobežoja tikai Brauna svārstības alumīnija cilindrā, un tas dod iespēju šai iekārtai reģistrēt relatīvā garuma izmaiņas > 2•10^-4 cm. 1967. gadā ar to pirmoreiz tika reģistrēti gravitācijas viļņu impulsi.

     Izmantojot šāda tipa iekārtas, vēlāk lietoja sistēmu no diviem detektoriem, kas veido sakrišanas shēmu. Šāds paņēmiens atļauj izdalīt «gravitācijas uzliesmojumus» uz iekšējo siltuma fluktuāciju fona, jo gravitācijas starojums noved pie korelēta signālu pieraksta abos detektoros, bet iekšējās siltuma fluktuācijas vienlaicīgus pierakstus izraisīt nevar. Sākotnēji tika izmantoti divi detektori, kas bija novietoti 2 km attālumā, pie kam otrs detektors bija nedaudz mazāks (diametrs 20 cm). Šim detektoram izmantoja arī mazliet izmainītu elektroniku, tika palielināts joslas platums un radīta iespēja pārskaņot centrālo frekvenci. Bez tam kopā ar detektoriem abos punktos tika novietota arī kontroles aparatūra, kas reģistrēja negravitācijas spēku iedarbību: seismogrāfi, magnetometri u. c.

     Novērojumus ar 2 km attālumā izvietotiem diviem detektoriem veica vairākus mēnešus. Sājā laikā tika reģistrēti gravitācijas viļņu impulsi ar periodiskumu vidēji viens impulss mēnesī. Pie tam šajos sakrišanas gadījumos impulsu jauda par tādu līmeni pārsniedza vidējo trokšņu jaudu, ka gadījuma rakstura sakrišanas varbūtība sastāda lielumu < 0,0001. Ļoti svarīgi, ka šajos gadījumos netika reģistrēti korelējoši impulsi uz kontroles iekārtām.

     Pētījumus turpinot, palielināja attālumu starp detektoriem līdz 1000 km, un sakrišanas gadījumi atkal tika reģistrēti. Izmantojot lielo attālumu starp detektoriem, kā arī uzlabojot aparatūras jutību, kļuva iespējams noteikt uztverto gravitācijas viļņu virzienu. Izrādās, ka vislielākā gravitācijas starojuma jaudas plūsma ≈ 10^-7 ergi/(s cm²) nāk no Galaktikas centra apgabala. Šī avota varbūtējā masa novērtēta 10¹⁰M_☉.

     Pēdēja laika Dž. Vēbera vadīta grupa turpina novērojumus ar vairākiem detektoriem, no kuriem viens (garums 153 cm, diametrs 66 cm) ir uzstādīts netālu no Čikāgas Argonas Nacionālajā laboratorijā, bet Merilendā atrodas vairāki detektori, no kuriem viens ir identisks ar Čikāgā novietoto. Vēl divi detektori ir ar tādu pašu garumu, bet atšķirīgiem diametriem 96 un 61 cm. Tajos vienlaikus tiek izmantotas arī vairākas atšķirīgas elektronikas sistēmas, kas dod iespēju izvēlēties labākās no tām turpmākajiem pētījumiem.

     Gravitācijas viļņu atklāšana ir vēl viens vispārīgās relativitātes teorijas eksperimentāls apstiprinājums. Nav šaubu, ka gravitācijas viļņu pētījumi nākotnē var pavērt jaunas iespējas Visuma izziņai, jo katrs jauns pētījumu virziens izmanto atšķirīgas metodes un dod rezultātus, kas bieži vien nevar tikt iegūti ar iepriekš izmantotajām metodēm. Jaunus rezultātus šeit acīmredzot var sagaidīt, vel vairāk palielinot attālumu starp detektoriem, kā arī uzlabojot esošo detektoru jutību un izstrādājot jaunus. Jau tagad ir kļuvis praktiski realizējams plāns, ko ieteicis Dž. Vēbers, — novietot vienu detektoru uz Mēness un otru uz Zemes.

     P.S. Gadu pēc šī raksta publicēšanas, 1973. g. rudenī, Starptautiskās astronomu savienības simpozijas "Gravitācijas starojums un gravitācijas kollapss" atzina, ka jautājums par gravitācijas starojuma ekeperimentālu konstatēšanu paliek atklāts, jo pašreizējie eksperimenti dod nesaskanīgus un pat pretrunīgus datus.