RELATIVITETSTEORI - (TUTORIAL / F BORG) 1 ... - Saunalahti

med en amplitud på endast omkr 10 7 × 10 -21 m = 10 -14 meter vilket motsvarar ungefär
diametern hos en atomkärna ! Med hjälp av laserinterferometri och kilometerstora
anläggningar (exv LIGO i USA och VIRGO i Europa som är under konstruktion) hoppas
man ändå småningom kunna detektera förskjutningar av storleksordningen 10 3 ×10 -21 =
10 -18 meter. Den första "gravitationsantennen" konstruerades av J Weber med början år
1959. Han förbluffade kollegerna med sin "Weberstav" som kunde mäta längdavvikelser
motsvarande en bråkdel av en atomkärnas diameter (Weber använde sig av piezoelektriska
kristaller). Ändå var detta inte tillräckligt eftersom hans detektor, med en längd på omkr 2
meter, reagerar med en oscillation om endast ca 10 -21 × 2 meter för de kraftigaste
gravitationsvågor man antar når jorden. Förhoppningen är att "gravitationsantennerna"
baserade på laserinterferometri skall bli revolutionerande instrument för astronomiska
observationer av energi-intensiva processer i universum. (Weber publicerade 1951 den
första skissen för en laser. Besviken över att hans bidrag negligerades gav han sig i kast med
ett nytt forskningsområde, gravitationsvågor och deras detektering. Det är en viss ironi att
det är lasern som verkar vara den mest hoppingivande kandidaten för
gravitationsvågdetektor.) Systemet LISA (Laser Interferometry Space Antenna) planeras att
bestå av 3 par satelliter som kretsar kring solen på jordens bana, 50 milj kilometers "efter"
jorden. De tre satellitparen kommer att ordnas i en liksidig triangel med sidan omkr 5 milj
kilometer (parens innebördes avstånd blir ca 200 km). På detta sätt får man tre
interferometrar. (Uppgifter från New Scientist, 10 augusti 1996.)
Det har redan framkommit indirekta bevis för gravitationsvågornas existens. Man
har nämligen observerat stjärnpar (binary stars) vilka kretsar kring varandra med krympande
innebördes avstånd, vilket betyder att systemet förlorar energi. Den uppmätta förändringen
av banelementen överenstämmer med beräkningar av energiförlusten pga
gravitationsstrålning. Noggranna mätningar har t ex gjorts för den binära pulsaren PSR
1913+16 (vilka gav upptäckarna J Taylor och R Hulse Nobelpriset i fysik år 1993).
Energiminskningen för två massor m1 och m2, kretsande längs cirklar kring det
gemensamma masscentret och med innebördes avståndet R, blir enligt ART (ekv (91))
(94) -dE/dt = 32G 4 (m1m2) 2 (m1+m2)/5(cR) 5
Beräkningar för PSR 1913+16 (R omkr 1 milj km; m1 och m2 omkr 1.4 ggr solmassan
MO) ger för utstrålningen värdet 6.3 ×10 25 Watt. Jupiter-sol systmet har som jämförelse en
utstrålning omkr 5.4 kW.
Starka gravitationsvågor är ett mycket komplicerat fenomen att behandla
matematisk pga fältekvationernas icke-linearitet. I extremfall kan kolliderande intensiva
gravitationsvågor exv ge upphov till en så stor energitäthet att det bildas svarta hål.
10.5 Kosmologi
Redan 1917, året efter publiceringen av ART, försöker Einstein tillämpa
relativitetsteorin på hela universum. Detta kan sägas vara inledningen till den moderna
vetenskapliga kosmologin och studiet av kosmologiska modeller. Den enklaste ansatsen är
att utgå ifrån att universum i stort (large-scale structure) är isotropisk och homogent; dvs,
universum ser lika ut i alla riktningar i alla punkter. För ett sådant välordnat universum kan