თანამედროვე ფიზიკის ერთ-ერთი ძიების ობიექტია გრავიტაციული ტალღები. მათი არსებობის იდეა გამომდინარეობს 1916 წელს აინშტაინის მიერ შექმნილი ფარდობითობის თეორიიდან, რომელიც აერთიანებს სივრცეს და დროს. ფადობითობის თეორია ფაქტიურად არის გრავიტაცის თეორია რომელიც ამყარებს კავშირს სიმძიმის ძალასა და სივრცის გეომეტრიასთან. 4-სივრცის თვისებები, ისევე როგორც 3-სივრცის, აღიწერება მასში არსებული მატერიით, რომელიც თავის მხრივ ქმნის გრავიტაციულ ველს. ხოლო გრავიტაციული ველის მოქმედებით სივრცე-დრო მრუდდება.

აინშტაინმა, აჩვენა რომ სიმძიმის ძალის ველში 4-სივრცეს გააჩნია სიმრუდე. მცირე სიმრუდეს შეესაბამება ნიუტონისეული გრავიტაცია. მაგრამ მძიმე ობიექტების შემთვევაში, რომლებიც ქმნის ძლიერ გრავიტაციულ ველს, 4-სივრცეს საკმაოდ დიდი სიმრუდე გააჩნია. თუ ასეთი მასის სხეული ირხება, ან ბრუნავს, მაშინ გვაქვს სიმრუდის პერიოდული ცვლილება. ამ შეშფოთებების გავრცელება სივრცეში ბადებს „სიმრუდის ტალღებს“, რომლებსაც გრავიტაციული ტალღები ეწოდა.

მერხევი მასების გამოსხივება ძალიან გავს ელექტრომაგნიტურ ტალღებს რომლებიც დამუხტული ნაწილაკების რხევით მიიღება. ფარდობითობის თეორიის თანახმად, გრავიტაციულ ტალღებს აქვთ იგივე სიჩქარე რაც ელ-მაგნიტურ ტალღებს და გადააქვთ ენერგია. ისინი იწვევენ მათ გზაზე არსებული ობიექტების წანაცვლებას სივრცეში, მაგრამ ეს ეფექტი იმდენად მცირეა, რომ მათი დაფიქსირება ჯერ ვერ მოხერხდა. აინშტაინმა გამოთვალა ტალღების სიმძლავრე 1 მ სიგრძის ღერძის ბრუნვისას. თუ ჩვენ ასეთ სისტემას ვაბრუნებთ მაქსიმალური სიჩქარით, რომელსაც შეუძლია გაუძლოს ღერძმა, მაინც არ გვაქვს მათი დაფიქსირების საშუალება, ვინაიდან გამოსხივებული გრავიტაციული ტალღის სიმძლავრე დახლოებით 10^-37 ვატია. ამის გამო შეუძლებელია დედამიწაზე არსებული ნებისმიერი საგანის შესაბამისი გრავიტაციული ტალღის დაფიქსირება. საჭიროა გიგანტური მასები და კოლოსალური ენერგია მათ ასამოძრავებლად, რაც ტექნიკურად შეუძლებელია. უკეთესადაა საქმე თუ გრავიტაციული ტალღების წყაროდ განვიხილავთ კოსმოსურ სხეულებს დიდი მასებით და ბრუნვის დიდი სიჩქარეებით. ყველაზე ხელსაყრელია ორმაგი ვარსკვლავური სიტემები, პულსარები და ნეიტრონული ვარსკვლავები. ასეტი წყაროების მიერ გამოსხივებული ტალღების ენერგია კოლოსალურია, მარგრამ ვინაიდან ისინი დიდი მანძილით არის დაშორებული დედამიწიდან ჩვენამდე უნდა აღწევდეს ამ გამოსხივების მხოლოდ მცირე ნაწილი. მაგალითად, დედამიწასთან ყველაზე ახლოს მყოფი ორმაგი ვარსკლავია ვოლოპასი, რომელიც ჩვენგან 40 სინათლის წლითაა დაშორებული და შედგება ორი ვარსკვლავიგან მასებით 1.35 და 0.68 მზის მასისა. გამოთვლების თანახმად მისი გამოსხივება არის 2•10²³ ვატი. დედამიწამდე უნდა აღწევდეს მხოლოდ 10^-17 ვატი/სმ². ჩვენ გალაქტიკაში არსებული ყველა ორმაგი ვარსკვლავის გამოსხივება მაქსიმუმ არის 10^-14 ვატი/სმ².

თუ ჩავთვლით, რომ PSR 0531 პულსარის კიბორჩხალას ნისლეულიდან გამოსხივებული გრავიტაციული ტალღების სიმძლავრე არის 10³¹ ვატი, მაშინაც კი ენერგიის ნაკადის სიმკვრივე დედამიწაზე იქნება 3•10^-14 ვარტი/სმ². ხოლო დეტექტორების მგრძნობიარობა კი არის 10^-1-10^-3 ვატი/სმ², რაც 11 რიგით მცირეა. მაგრამ გარდა ორმაგი ვარსკვლავებისა და პულსარებისა შესაძლებელია ძლიერი იმპულსების დამზერა სხვადასხვა კოსმიური კატასტროფის დროს (მაგალითად ზეხალის აფეთქება). ამ დროს გამოსხივების ინტენსივობა 15 რიგით აღემატება ზემოთ მოყვანილ მნიშვნელობებს. ეს გრავიტაციული ტალღების რეგისტრაციის რეალური შანსია. მაგრამ შეუძლებელია წინასწარ ცოდნა როდის და სად მოხდება ასეთი მოვლენა. ვინაიდან ჩვენ გალაქტიკაში კატასტროფული მოვლენები ხდება დაახლოებით 30 წელიწადში ერთხელ, აუცილებელია იმპულსების დაფიქსირება სხვა გალაქტიკებიდანაც.  საერთო ჯამში წელიწადში რამოდენიმეჯერ უნდა მოდიოდეს ამჟამინდელი დეტექტორების მგრძნობიარობის ზღვარზე მდგომი იმპულსები. თუმცა ასეთი ნაკადების დაფიქსირებაც საკამაოდ რთულია.

ერთ-ერთი გრავიტაციული დეტექტორის ტიპი არის ინტერფერომეტრი. ინტერფერომეტრში ხდება ორი სინათლის ტალღის ზედდება, რომლებიც მოდიან სხვადასხვა გზით. თუ ტალღები კოჰერენტულია მაშინ ჩვენ ვიღებთ სტაბილურ სურათს ხაზების სახით.

განვიხილოთ გრავიტაციული ინტერფერომეტრი დეტექტორი ლიგო (LIGO - Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory). გრავიტაციული ტალღების ამ დეტექტორს საფუძვლად უდევს მაიკელსონის ინტერფერომეტრის სქემა რომელიც სურათზეა მოცემული. სინათლის კონა გამომსხივებლიდან მიდის პოლარიზატორ ფიფიტაზე-შუქგამყოფზე. ეს უკანასკნელი ყოფს კონას ორ სხივად, 1 და 2, რომლებიც შესაბამისად მიდიან М1 და М2 სარკეებთან. არეკვლის შემდეგ ისინი კვლავ ბრუნდებიან შუქგამყოფთან რომელიც მეორეჯერ ყოფს მათ ისევ ორად. 1 არეკლილი ნაკადის ნაწილი ბრუნდება გამომსხივებელთან ხოლო გასული მიდის ფოტო-დეტექტორზე. 2 ნაკადის პირიქით, გასული ნაწილი ბრუნდება გამსხივებელთან ხოლო არეკლილი მიდის ფოტო-დეტექტორთან. ფოტო-დეტექტორზე გვაქვს ინტერფერენციული სურათი. რომლის სახეც დამოკიდებულია ნაკადების პარალელურობის ხარისხზე. თუ გვაქვს მკაცრად პარალელური სხივები, მაშინ ინტერფერენციულ სურათი არის ბნელი ან ნათელი ლაქა (სვლათა სხვაობის მიხედვით). მცირე კუთხეებისთვის (რაც უფრო რეალურია) გვაქვს ზოლები. იმ ადგილებში სადაც სვლათა სხვაობა სინათლის ტალღის სიგრძის ლუწ რიცხვზე ნამრავლის ჯერადია გვაქვს ნათელი ზოლი, ხოლო სადაც კენტი, გვაქვს ბნელი ზოლი (ნაკადების ფაზები ემთხვევა). თუ ერთ-ერთ სარკეს გადავადგილებთ სინათლის სხივის სვლის მიმართულებით ფაზათა სხვაობა შეიცვლება, ხოლო მთლიანი ინტერფერენციული სურათი დაიწყებს ფოტო-დეტექტორის ზედაპირის სიბრტყეში გადაადგილებას. თუ ფოტო-დეტექტორს დავუყენებთ დიაფრაგმას ცოტათი უფრო მცირე ზომისას ვიდრე არის 1 ზოლი, მაშინ სარკის მოძრაობის დროს ფოტო-დეტექტორზე მოვა ხან ჩამქრალი ზოლი ხან ნათელი, ანუ პერიოდულად შეიცვლება სინათლის ინტენსივობა. გამოსასვლელზე კი მივიღებთ ელექტრულ სინუსოიდალურ სიგნალს. რომლის მაქსიმუმს და მინიმუმს მიაღწევს სვლათა სხვაობის λ თი შეცვლისას. ანუ სარკის λ/2 ით გადაადგილებისას.

გრავიტაცულ დეტექტორში გამოიყენება მაიკელსონის ინტერფერომეტრი 4 საცდელი მასით, რომლებიც ჩამოკიდებულია თითოეული მხრის დასაწყისში და ბოლოში. მანძილი ამ L₁ და L₂  მასებს შორის ორივე მხარში ერთნაირია (L₁ ≈ L₂ = L). საცდელი მასებს თავისუფლად შეუძლიათ იმოძრაონ ჰორიზონტალურ სიბრტყეში. გრავიტაციული ტალღა რომელიც ეცემა ინტერფერომეტრს მართობულად წაანაცვლებს მასებს, წაგრძელებს ერთ მხარს, ხოლო მეორეს შეკუმშავ. ეს ცვლილება ცვლის სხივების სვლათა სხვაობას ΔL = L₁ - L₂. საერთო ჯამში დაიმზირება მხრების ფარდობითი ცვლილება L(t)/L = h(t). მასების ფარდობითი მოძრაობა პროპორციულია მათ შორის მანძილის, რაც ძალიან მნიშვნელოვანია. ინტერფერომეტრში მხრის სიგრზე 4 კმ-ა. ლაზერული ინტერფერომეტრი აფიქსირებს L წანაცვლებას რისი საშუალებითაც ზომავს h(t)-ს. ინტერფერომეტრის სქემაში გამოყნებულია ეთერ-ალუმინის ლაზერის გამოსხივება. რომელიც 1.06 მკმ ტალღის სიგრძის სინათლებს აგენერირებს. ლაზერის გამოსავალი სიმძლავრე 6 ვატია. დეტექტორის უმთავრესი ელემენტი - ლაზერის შემდგომ მდგომი სარკე - ატარებს მხოლოდ 3% დაცემული სინათლის, 97% აირეკლება. ეს სარკე თითოეულ შემოსასვლეთან მდგომ სარკესთან გვიქმნის 20 მ-იან რეცირკულატორს, რომელშიც შუქი მუდმივად ცირკულირებს. თითოეულ წრეზე უშვებს მხარში ენერგიის 3%-ს. აქედან გამომდინარე ამ რეცირკულატორებში მოხდება შუქის დაგროვება და მათში არსებული სინათლის სიმძლავრე გაიზდება 100 ვატამდე. ინტერფერომეტრში გასულ შუქსაც ანალოგიური ემრთება. ხოლო ბოლოებში მდგომი სარკეები ფაქტიურად 100%-ს აირეკლავენ, ამიტომ თითოეული გავლაზე რეზონატორის მხოლოდ 3%-ის გამოტანა მოხდება შუქგამყოფისკენ. თუ გავითვალისწინებთ რომ მხრის სიგრძე 4 კმ-ა მასშინ გამოსხივების სიმძლავრე 4 კილოვატამდე გაიზდება. რეზონატორში შეიძლება სხივმა 400 ჯერ გაიაროს სანამ გამოვა. ავტორების ცნობით მინიმალური წანაცვლება, h_min, რომელიც10^-20 რიგისაა შეესაბამება მხრის დაგრძელებას ნახევარი მიკრონით. რაც საკმარისია გრავიტაციული ტალღების დასაფიქსირებლად.

ყველა ოპრტიკური ელემენტი: სარკები და შუქგამყოფი უმაღლესი ხარისხისაა. სარკეების ზედაპირი გაპრიალებულია 1/1300 სინათლის ტალღის სიგრძის სუზუსტით. მათი შთანთქმის კოფიციენტი α= 0,001%-ია. დიმატერი 25 სმ და სიგანე10 სმ. ხოლო მათი მცირედ სფერული ზედაპირის სიმრუდის რადიუსი 7,4-დან 14,9-მდე კმ-ა. თითოელი მხარი წარმოადგენს ვაკუუმურ მილს 1,2 მ დიამეტრით.

ვაკუუმში ფოლადის სიმებით დაკიდებული მასების წონაა დახლოებით 100 კგ. მიღებულია ყველა შესაძლო ზომა იმისთვის, რომ მოხდეს ნებისმიერი ხმაურისგან იზოლაცია. სეისმური აქივობისგან იზოლაციისთვის ვაკაუუმური მილები მაქსიმალურად მოცილებულია მიწას. გარდა ამისა აყენია რთული აპარატურა ვიბრაციების და სითბური დეფორმაციების თავიდან ასაცილებლად.

წყარო