211service.com
Jak arkusze nadprzewodzące mogą odbijać fale grawitacyjne?
Fale grawitacyjne to nieuchwytne zniekształcenia w czasoprzestrzeni stworzone przez najbardziej gwałtowne zdarzenia we wszechświecie – zderzenia czarnych dziur, wybuchające gwiazdy, a nawet sam Wielki Wybuch.
Nikt nie odnotował potwierdzonej obserwacji tych fal, ale może się to zmienić dzięki intrygującemu pomysłowi Raymonda Chiao i kolegów z University of California w Merced. Proponują istnienie nowego rodzaju lustra, które odbija fale grawitacyjne, a nawet przekształca je w fale elektromagnetyczne.
Najpierw trochę tła. Fizycy teoretyczni od dawna zauważyli, że w pewnych okolicznościach równania ogólnej teorii względności Einsteina, które przewidują istnienie fal grawitatonalnych, wykazują niezwykłe podobieństwo do równań Maxwella opisujących zachowanie promieniowania elektromagnetycznego. To ważna wskazówka dla zrozumienia, jak zachowują się fale grawitacyjne, mówi Chiao.
Wskazuje na konkretny przypadek, w którym cienka warstwa nadprzewodząca odbija fale em. Jeśli to działa dla fal em, to matematyka wskazuje, że musi to również działać dla fal grawitacyjnych.
Oto myślenie. Fala grawitacyjna rozciąga się i ściska przestrzeń, gdy porusza się we wszechświecie. Każdy obiekt na jego drodze będzie wyglądał na zgnieciony i rozciągnięty w ten sam sposób, cząstki w tym obiekcie będą poruszać się wraz ze zniekształconą przestrzenią po określonej trajektorii (tzw. ruch geodezyjny).
Nowy pomysł wynika z rozważenia, co dzieje się z arkuszem nadprzewodzącym, gdy przechodzi obok niego fala grawitacyjna. Pary Coopera w arkuszu są obiektami kwantowymi rządzonymi zasadą nieoznaczoności i dlatego nie mogą mieć określonej trajektorii: są całkowicie zdelokalizowane. Z drugiej strony jony, które tworzą strukturę krystaliczną nadprzewodnika, nie ulegają delokalizacji, a zatem mogą poruszać się po trajektorii geodezyjnej, gdy przechodzi fala grawitacyjna.
Jest to podstawa, na której fala grawitacyjna może oddziaływać z arkuszem nadprzewodzącym. Delokalizacja kwantowa powoduje, że pary Coopera w nadprzewodniku podlegają ruchowi niegeodezyjnemu w stosunku do ruchu geodezyjnego jego sieci jonowej, mówi Chiao i koledzy.
Spekulują, że ta różnica w ruchu powoduje, że arkusz absorbuje energię fali grawitacyjnej, a następnie ponownie ją wypromieniowuje jako falę grawitacyjną poruszającą się w przeciwnym kierunku, czyli innymi słowy odbicie lustrzane.
To niezwykłe roszczenie, które wymaga dalszego dochodzenia, nie tylko dlatego, że istnieje spora różnica zdań na temat połączenia GR-Maxwell.
Niemniej jednak Chiao i spółka idą jeszcze dalej, kończąc swój artykuł tym:
Oznacza to, że dwie naładowane, lewitujące sfery nadprzewodzące w statycznej mechanicznej równowadze, tak że ich odpychanie kulombowskie równoważy ich przyciąganie newtonowskie, powinny być wydajnym przetwornikiem do przekształcania fal EM w fale GR i odwrotnie. Eksperyment podobny do Hertza, w którym nadajnik i odbiornik mikrofal GR są skonstruowane przy użyciu dwóch takich przetworników, powinien zatem być praktyczny do przeprowadzenia.
Tak więc para lewitujących, nadprzewodzących sfer działałaby jak antena dla fal grawitacyjnych i przekształcała je w fale elektromagnetyczne.
Po co czekać na LIGO? Jak można się obstawiać, że kule nadprzewodzące mogą najpierw dokonać wykrycia?
Ref: arxiv.org/abs/0903.0661: Czy istnieją lustra dla fal grawitacyjnych?