13. Для фиксирования гравитационных волн, излучаемых массивными космическими телами, с целью доказательства их существования в современной астрофизике используют лазерный интерферометр.

Гравитационные волны излучаются массивными космическими телами и их излучение напоминает излучение электромагнитных волн электрическими зарядами. Аналогично тому, как электромагнитной волне соответствует поток фотонов, гравитационным волнам сопоставляют поток гравитонов-частиц с нулевой массой.

В интерферометре складываются две когерентные волны, и образуется устойчивая интерференционная картина в виде системы полос. Если длина пути, по которому проходит одна из волн, меняется, полосы смещаются пропорционально этому изменению. При регистрации интерферометрическим методом гравитационных волн одна из когерентных световых волн направляется на зеркала, приклеенные к массивным цилиндрам, вибрация которых под воздействием гравитационных волн должна вызвать колебания интерференционной картины, а современные электронные методы позволяют обнаружить смещения в сотые доли микрона.

П ростейшая схема интерферометра такова. Пучок света от источника И направляется на полупрозрачную пластинку – светоделитель СД, расщепляющий пучок на два луча 1 и 2, которые падают на зеркала М₁ и М₂.После отражения от них лучи возвращаются к светоделителю, который вновь делит каждый из них на две части.

Отражённая от зеркала М₁ часть пучка 1 возвращается к источнику, а прошедшая поступает на фотоприёмник Ф; прошедшая часть пучка 2, наоборот, возвращается к источнику, а отражённая поступает на приёмник. Таким образом, на приёмнике совмещаются два пучка, прошедшие разные расстояния и возникает интерференционная картина. В гравитационном детекторе зеркала соединены с массивными телами и, если гравитационная волна достигнет интерферометра, она сместит эти тела, изменив тем самым разность хода световых пучков. Поскольку относительное движение массивных пробных тел, вызываемое гравитационной волной, пропорционально расстоянию между ними, длина плеч интерферометра должна быть порядка нескольких километров.

1 4. В лазерном интерферометре LIGO использован стабилизированный по частоте и интенсивности излучения лазер на иттрийалюминиевом гранате, генерирующий световые волны с длиной волны 1,06 мкм в инфракрасной области спектра и мощностью излучения 6 Вт.

Важные элементы интерферометра – зеркала З, З_1, З_{2 .}Одно (З) расположено после лазера и отражает только 3% падающего на него света. Два других З₁ иЗ₂ установлены после светоделителя и отражают каждое 97% света. В результате такой разницы отражательных способностей между зеркалами З и З ₁, а также З и З₂ образуются так называемые рециркуляторы длиной 20 м, в которых свет, отражаясь, «циркулирует», при каждом проходе пропуская в плечи интерферометра лишь 3% энергии. Таким образом, в рециркуляторах накапливается световая энергия, мощность излучения увеличивается до 100 Вт.

Аналогичный процесс происходит и с отражённым от концевых зеркал светом, а так как длина плеч интерферометра LIGO равна 4 км, в соответствующих им рециркуляторах мощность излучения составляет уже 4 кВт. Число проходов света может достигать 400. По оценке специалистов при этих данных можно обнаружить относительное смещение пробного тела около 10^-20, что соответствует удлинению плеча на полмикрона.

Все оптические элементы лазерного интерферометра исключительно высокого качества, поверхности отшлифованы с погрешностью 1/1300 длины волны света. Каждое плечо заключено в вакуумированную трубу, надёжно изолированную от Земли для устранения сейсмических сотрясений, применено особое оборудование для предотвращения вибраций в широком диапазоне частот и тепловых излучений.

Электродинамика

Тексты, содержащие информацию о физических факторах загрязнения окружающей среды или их воздействии на живые организмы и человека. Электромагнитное загрязнение окружающей среды

Билет 26

1. Электромагнитные излучения – один из основных элементов окружающего нас мира. Академик В.И.Вернадский писал: «Кругом нас, в нас самих, всюду и везде, вечно сменяясь, совпадая и сталкиваясь, идут излучения разной длины волны…Лик Земли ими меняется, ими в значительной степени лепится».

Электромагнитные излучения – это изменяющиеся во времени электромагнитные поля, распространяющиеся в вакууме со скоростью 3·10⁸ м/с и проявляющие свойства и волн и своеобразных частиц – фотонов. Установление законов электромагнитных излучений и их квантовой природы выдвинуло на первый план вопросы взаимодействия излучения с веществом и связи этих взаимодействий со структурой молекул. атомов, атомных ядер.

Почти без преувеличения можно сказать, что жизнь на нашей планете существует благодаря электромагнитным излучениям, посылаемым Солнцем. Каждую секунду наше светило «выбрасывает» 4·10²⁶ Дж энергии, на Землю попадает около 2∙10^-7 % от этой величины, т. е. 8·10¹⁷ Вт. В составе солнечного излучения содержатся все частоты (теоретически от нуля до бесконечности). Диапазон волн, пропускаемых на Землю атмосферой - от 290 нм до 24 мкм и от 8 мм до 20 м. Доли энергии, приходящиеся на разные диапазоны, различны. Ультрафиолетовые лучи часто желательны, но их высокая интенсивность вредна для многих форм растительной и животной жизни. Защитой от этих излучений служит озоновый слой. Учёные даже полагают, что жизнь на Земле не могла возникнуть, пока не образовался защитный озоновый слой.

Озон – газ, каждая молекула которого состоит из трёх атомов кислорода, Озон в стратосфере поглощает более 90% ультрафиолетового излучения, идущего от Солнца. В 1974 году была обнаружена серьёзная угроза разрушения озонового слоя. Озон разрушают хлор – и фтор – замещённые углеводороды и закись азота от сверхзвуковых реактивных самолётов, летающих в стратосфере, а также метилхлороформ и четырёххлористый углерод. Разрушение замедляется при снижении стратосферной температуры. Даже, если процессы разрушения и образования озона в целом уравновешивают друг друга, в отдельных слоях баланса может не быть.

В настоящее время прогнозируемые эффекты разрушения озонового слоя весьма различны – от нового ледникового периода до повышения температуры всего на один градус.

2. Энергия магнитных излучений Солнца лежит в диапазоне сверхнизких волн, в том же диапазоне находится и длина волн электромагнитных излучений мозга человека. Существует гипотеза, что магнитное излучение Солнца взаимодействует с биотоками мозга, что приводит к изменению общего функционального состояния человека. Известны факты влияния солнечной активности на умственные способности людей, на творческую активность поэтов, писателей, композиторов. При анализе деятельности 120 творческих личностей подъёмы творческой активности совпали с днями максимума солнечной активности. Периодичность изменения солнечной активности в значительной степени влияет на климат Земли.

Влияние излучений на здоровье людей зависит от длины волны излучения. Неионизирующее излучение (от ближнего ультрафиолета до радиоволн и далее) вызывает особое нейрофизиологическое состояние. Предметом для беспокойства служит микроволновое облучение от микроволновых печей, радаров; использование микроволн в качестве средства передачи сигналов в телевидении, телеграфной и телефонной связи. В СССР для населения был принят предел облучения – 1 мкВт/см².

Было остановлено сооружение микроволновой телевизионной передающей антенны в США, создающей облучение примерно 360 мкВт /см², не разрешено сооружение микроволновой передающей башни в системе управления движением судов в гавани Нью-Йорка.

3. Беспокоят и излучения от высоковольтных линий электропередач (ЛЭП). Такие линии предназначены для переноса больших количеств энергии от электростанций к крупным городам. Наиболее мощные рассчитаны на напряжение 765 -2200 кВ. Эти ЛЭП создают вокруг себя сильные электрические и магнитные поля. Например, в обычной кухне электроприборы создают электрическое поле напряжённостью 3 В/м, а прямо под ЛЭП – примерно 10 000 В/м.

Вред от ЛЭП проявляется в электрическом шоке у людей и животных, биологических эффектах, влиянии коронного разряда. Электрические линии должны подвешиваться достаточно высоко, чтобы никакой объект не мог попасть в зону возможного разряда. Электрическое поле может создавать и угрозу шока через какие-либо другие предметы. Например, трактор, находящийся в электрическом поле ЛЭП «собирает» на себя электрический ток до 4-5 мА. Если кто-то, стоя на влажной почве, дотронется до трактора, то позволит току пройти через своё тело. Наружное поле ЛЭП вызывает также образование внутреннего электрического поля в живой ткани, воздействуя на мембрану мышечной или нервной клетки, возбуждая ткань; влияет на некоторые виды сердечной аритмии.

Напряжённость магнитного поля по ЛЭП составляет около 0, 56 Гс. Такие величины способны обнаруживать перелётные птицы, которые ориентируются при перелётах на магнитное поле Земли.

Неионизирующее излучение может усиливать тепловое движение молекул в живой ткани. Это приводит к повышению температуры ткани и может вызвать вредные последствия, такие, как ожоги, катаракты, аномалии развития утробного плода. Не исключена возможность разрушения сложных биологических структур, например, клеточных мембран. При дальнейшем увеличении напряжений ЛЭП электрическим компаниям придётся вводить приспособления для защиты людей, растений и животных от вредного биологического влияния полей ЛЭП.

4. Одним из компонентов, которые наш организм получает из атмосферы, является электричество. О том, что лёгкие в течение суток «пережёвывают» изрядное количество электричества, обычно забывают, хотя приток электричества имеет существенное значение для нормального протекания жизненно важных процессов организма.

В опытах А.Л.Чижевского животные, помещённые в атмосферу, где ионов очень мало, тяжело болели, и, если их заставляли дышать воздухом, совсем не имеющим электрического заряда, погибали через 1,5 – 5 суток! Очень высокая концентрация аэроионов, особенно положительных, тоже вредна для организма. Фен – горный ветер Тироля, язами – юго-восточный ветер Японии, сирокко – южный ветер Италии приносят с собой много положительных ионов, вызывая у людей тоскливое настроение, общее недомогание. повышение кровяного давления. Очень тяжело переносится смена заряда окружающей атмосферы. Отрицательные аэроионы чаще вызывают благоприятный эффект, улучшают состояние туберкулёзных больных, снижают кровяное давление и способствуют выздоровлению при многих заболеваниях, в то числе инфекционных.

Большим количеством лёгких отрицательных ионов объясняют лечебный эффект многих курортов. Особенно большое число отрицательных аэроионов в некоторых районах побережья Балтийского моря, возле водопадов, горных речек и мощных фонтанов. Полученные организмом заряды, конечно, не скапливаются в нашем теле. Ткани хорошо проводят, и поэтому приобретённые нами заряды постепенно уходят в Землю.

Существует множество различных предположений о механизме действия атмосферного заряда на живые организмы. Среди них наибольшее внимание заслуживают две теории. Согласно первой электрические заряды молекул действуют на нервные окончания лёгочной ткани и тем самым оказывают сильное воздействие на функционально состояние центральной нервной системы в целом. Вторая теория предполагает, что аэроионы, попадая в лёгкие. Передают свой заряд в кровь и содержащимся в ней эритроцитам. Перенося к отдельным органам и тканям полученный в лёгких заряд, кровь тем самым оказывает на эти органы определённое воздействие. Какая из двух теорий верна, сказать трудно. Пожалуй, больше фактов говорит в пользу второй. Однако, для окончательных выводов потребуются длительные исследования.