Начните с высокодобротного эталона , возбужденного в резонансе с лазером в течение времени, достаточного для того, чтобы он создал по существу стабильную стоячую волну. На каждое зеркало действует постоянная сила, направленная наружу, поскольку каждое зеркало постоянно меняет знак импульса фотонов, попадающих в него.
Если я сдвину одно из зеркал на очень небольшое расстояние по направлению к другому зеркалу, намного меньше, чем , разве я не буду делать небольшой объем работы? Точно так же, если я позволю зеркалу отойти на такое же небольшое расстояние от другого под давлением света, не будет ли свет совершать небольшую работу с зеркалом?
Вопрос: Теперь, если бы этот высокодобротный эталон был детектором гравитационных волн типа LIGO, есть ли способ превратить его в другую — гораздо менее элегантную — версию примера « липких бусин на стержне » Фейнмана, который теоретически возможен? извлекать энергию из гравитационной волны?
Причина, по которой я спрашиваю, исходит из этого простого ответа , который мне нравится тем больше, чем дольше я об этом думаю.
примечание: я не говорю здесь о полезном количестве энергии, просто о том, что оно может быть ненулевым.
Конечно, в LIGO и его аналогах зеркала или детекторы можно считать движущимися и, таким образом, вызывать изменение интерференционных картин, изображаемых в виде волн, графическое изображение (и звук) которых мы видели. Это движение представляет собой кинетическую энергию на зеркалах или детекторах, и поэтому концептуально мы получаем электрические сигналы. У них есть энергия, пришедшая из гравитационной волны. Полученная энергия представляет собой мощность сигнала, умноженную на время обнаружения для каждого обнаружения. Разделите на энергию шума, и вы получите SNR. так что, если вы не перенесете эту мощность или энергию на часть массы интерферометра, вы не сможете обнаружить. Вы можете думать об этих волнах так же, как об электромагнитных волнах, на этом уровне приближения, в основном, о линеаризованной гравитации.
Если вы хотите извлечь что-то полезное, вам придется создать огромную область сбора гравитационных волн. В противном случае вы можете извлечь, но это очень небольшое количество. Вычислите плотность энергии, например, для события слияния 2015 года, 3 массы Солнца на расстоянии 1,3 миллиарда световых лет. Плотность энергии = 3/(4 pi X 1,3^2) в массах Солнца на квадратный световой год, преобразованная в джоули на квадратный метр, и вы увидите, насколько она мала. Вам придется увеличить площадь поглощающих масс, чтобы получить разумное количество энергии, и убедиться, что у вас есть эффективный механизм.
Эффективный механизм, по-видимому, может быть таким же, как и используемые интерферометры, за исключением того, что он намного больше, так что деформация в 10 ^ (-11) или около того, как наблюдается в этом случае, может дать вам относительное макроскопическое движение, которое вы можете превратить в достаточное количество джоулей, или непрерывных ватт, подключив детекторы/зеркала к какой-либо слуховой, электрической или другой системе преобразования. вы должны убедиться, что угол прихода волны перпендикулярен вашим базовым линиям, чтобы максимизировать мощность. Возможно, вы сможете заняться другими делами.
Для эталонов, поскольку движение представляет собой концептуально относительное смещение стенок эталонов, вам нужно выяснить, как извлечь энергию из этого движения (при условии, что они могут двигаться по-разному, напряжение будет реальным, а не воображаемым, так что вы можете нужно делать виртуальные эталоны или эластичные что ли). Может быть, вы найдете пьезоэлектрический материал, который преобразует это в электричество, я не уверен. Но энергия есть.
Вместо интерферометров вы могли бы иметь круговой набор тел, разделенных большими расстояниями, с кругом, последовательно сплющивающимся и расширяющимся в перпендикулярных направлениях на частотах волны, и каким-то образом выяснить, как извлекать энергию из этих колеблющихся тел, опять же нагревательный, электрический или другой механизм для преобразования этой энергии.
В любом случае, и вы можете выяснить другие конфигурации, вам, как мне кажется, придется делать это на астрономических или астрофизических расстояниях, чтобы получить что-то разумное. Выяснение того, как преобразовать кинетическую энергию в тепловую или электрическую энергию или что-то еще, вам придется продумать.
«Вопросы» интерферометра: ясно, что зеркала могут передавать энергию свету и наоборот.
Но я думаю, что часть ответа более фундаментальна: согласно Фейнману, прохождение обнаруживаемой гравитационной волны сообщает энергию любой связанной массивной среде, через которую она проходит, и действительно, это необходимо для обнаружения гравитационных волн .
Таким образом, вопрос не в том, передается ли энергия, а в том, возможно ли без априорного знания о приходе волны установить полезную неоднородность в конкретной конфигурации интерферометров или в регистрируемом свете. Возможно, что это так, но в равной степени возможно, что длина световой волны увеличивается и уменьшается одинаково, и что (без знания прихода волны) механическая работа может быть доступна только как тепло, а оптический эффект проявился бы как равные и противоположные изменения (с течением времени) энергии фотонов.
Я почти не сомневаюсь, что извлечение в вышеупомянутом смысле было бы возможно, если бы мы могли смоделировать нарастание гравитационной волны, а также обнаружить начало гравитационной волны в ранней части нарастания. Мы явно далеки от любого из этих требований
ооо
Боб Би
Боб Би