Гравітаційні хвилі

[yvs115]

Одним словом - зв'язок з фізикою втрачено та наука покинула топік.
Хоча з мистецької точки зору можна сказати що - то все в себе затягнула чорна дира філософерії та алхімії думок

[Володимир Лісівка]

Одним словом - зв'язок з фізикою втрачено та наука покинула топік.
Хоча з мистецької точки зору можна сказати що - то все в себе затягнула чорна дира філософерії та алхімії думок

Я хочу написати якийсь фантастичний роман на цю тему, бо з фантастами менше сперечаються. Я там вже намішав і Богів і Сатану, і інопланетян, і предтечі, і подорожі в часі. Аж самому цікаво. Хочу використати ШІ, щоб він згенерував якісь оповідання, для проби, на основі опису всесвіту.

Вернімося до гравітаційних хвиль. Можна спробувати розігнати невеликі легкі маховики до 50 тсч. обертів у секунду, і зробити їх значними ексцентриками — додати великі дірки в двох місцях, щоб генерувати чіткий сигнал. Головне ж не маса, а енергія взаємодій, а це енергія взаємодії * кількість взаємодій. Тисяча маховиків розкручених до 50 тсч. обертів на секунду генеруватимуть 50 мільйонів хвиль на секунду. Їхні сигнали можна спробувати сплюсувати, щоб отримати в мільйон разів сильніший сигнал. Кожен маховик має бути тоді всього біля сотні тисяч тонн для впевненого приймання сигналу лазерним інтерферометром.    Треба напевно впливати на дзеркало, а не на лазер. Гравітаційні хвилі ж мають викривляти дзеркало?

[Володимир Лісівка]

Моя інтуїція (дивіться вище) підказує мені, що гравітаційні хвилі змінюють індукцію. Тобто можна ловити гравітаційні хвилі не легенькими фотончиками, а нормальною людською масою, що може підняти чутливість детектора порядків на 20-30. Крім того, можна розміняти можливість ловити гравітаційні хвилі в реальному часі на повільний обмін енергією цикл за циклом, і просто підняти частоту маховика до приблизно 10 тисяч обертів/с — це дасть ще 4 порядки. Плюс можна просто почекати, доба має 86400 секунд — це ще 5 порядків до чутливості.

Зробити маховик максимальної маси та діаметру, яку можна розкрутити до 3-10 тсч. обертів, зберігаючи високою точність. Зробити коливальний контур з великими індуктором та конденсатором, також високої точності. Синхронізувати їх за частотою та фазою, потім вносити зміни у фазу і дивитися чи вони синхронізуються з часом знову і за який час.

Ізолювати обидві системи від вібрацій, електромагнітних, чи інших взаємодій, коливань температури та вологості, припливних хвиль, чи інших добових коливань.

Закодувати слово «воля» азбукою Морзе і спробувати передати між двома системами. Нехай передача займе тиждень на один біт, нехай всього на 10 сантиметрів — все одно, головне принцип. І тоді я — Марконі!

[BeSiDa]

Я хочу написати якийсь фантастичний роман на цю тему, бо з фантастами менше сперечаються.

Круто
Було б цікаво. Особливо чи реально той вид "фізики" обчислити зсередини того світу
Чи які "міфи" б то створило.
Ті ж "чорні дірки" можуть бути аналогом "закешованого результату" що "збережені до кінця _обчислень_ (світу)" ))

додати великі дірки в двох місцях

Ви порівнювали "різницю" з ел-маг? Бо дірки "працюють" лише з ел-маг + та - через те що поле... балансується та зникає, а гравітація?   (чи діє під землею у "клітці фарадея" ... аналогії...) )))

[BeSiDa]

Моя інтуїція (дивіться вище) підказує мені, що гравітаційні хвилі змінюють індукцію. Тобто можна ловити гравітаційні хвилі не легенькими фотончиками, а нормальною людською масою, що може підняти чутливість детектора порядків на 20-30.

Ви напевне зможете написати що саме "коливається", а що "статична база" у "коливальному контурі" для радіокомунікації? (обидві частини, та радіо-лінзи між)

[BeSiDa]

Одним словом - зв'язок з фізикою втрачено та наука покинула топік.

Ніби вона тут була )) Ви хоч один мегабайт чисел з експерименту тут бачили? Чи тільки "чиїсь висновки"? ))

І ... чому ви оцінюєте весь "топік" виходячи з ... лише останніх постів? ))

[Володимир Лісівка]

Я хочу написати якийсь фантастичний роман на цю тему, бо з фантастами менше сперечаються.

Круто
Було б цікаво. Особливо чи реально той вид "фізики" обчислити зсередини того світу

Відповідь вже давно обчислена: \(42\)
Якщо серйозно, в чорній дірі матерія ж не знищується, а отже кількість баріонної матерії залишається тією ж, просто вона ще щільніше розміщена. В центрі чорної діри нульова гравітація, а отже, якщо чорна діра достатньо велика за стандартами глюонів, то в центрі можна досить комфортно жити.

Чи які "міфи" б то створило.

Ніби існуючих доісторичних міфів мало.  ШІ їх чудово знає, і по мотивах цих міфів чудово стелить розповідь, просто потрібно підставити своїх персонажів у своєму всесвіті і осучаснити міф — замість «небесної колісниці» — «вертоліт», або «пасажирський квадрокоптер», Боги відповідно живуть не на «небі», а в чорних дірках, або на позасонячній орбітальній станції (бо вони розміром з планету, відповідно якщо підлетять ближче, то Сонячна система зруйнується), Сатана відповідно живе не в «пеклі», а в мантії планет чи зірок, ну і має таку особливість що може розмножитися в тілі зірки, різко ущільнити її, від чого вона стає надновою, тому його символом є зірка, яка вибухає. Якщо осучаснити термінологію, то стародавні міфи стають так само цікавими як і кілька тисяч років тому. ШІ з перекладом справляється на раз-два. Можна навіть спробувати якесь кіно створити, коли відео-генерація стане кращою та доступнішою. Зараз Suno деколи такі пісні генерує, що я їх днями слухаю безперервно.

Ті ж "чорні дірки" можуть бути аналогом "закешованого результату" що "збережені до кінця _обчислень_ (світу)" ))

Не зрозумів жодного слова. 

додати великі дірки в двох місцях

Ви порівнювали "різницю" з ел-маг? Бо дірки "працюють" лише з ел-маг + та - через те що поле... балансується та зникає, а гравітація?   (чи діє під землею у "клітці фарадея" ... аналогії...) )))

Ні, я не мав на увазі дірки з напівпровідникових матеріалів. Мені просто потрібно зробити маховик, який міцний, збалансований, аеродинамічний, і має чітко-виражену різницю мас,  щоб генерувати сильні гравітаційні хвилі. Це можна зробити багатьма засобами, але вирізати дірки на готовому промисловому маховику лазерним верстатом мені здається найлегшим способом. Їх потім можна заповнити чимось легким і міцним, щоб зберегти аеродинаміку.

Ви напевне зможете написати що саме "коливається", а що "статична база" у "коливальному контурі" для радіокомунікації? (обидві частини, та радіо-лінзи між)

Та звичайний коливальний контур: індукційна котушка припаяна до конденсатора, плюс стабільне джерело живлення, або охолодити систему до надпровідності, щоб не втрачати енергію.

[BeSiDa]

Не змогли   ...  замість "що" написали про "де". Хоча б здавалося... відрізнити "що" від "де" то перші класи школи... (

[Володимир Лісівка]

Не змогли   ...  замість "що" написали про "де". Хоча б здавалося... відрізнити "що" від "де" то перші класи школи... (

Визнаю, не подумав.

Тобто, міняються електричні сталі вакууму, від яких залежить швидкість світла, ε0 та μ0, а отже мій апарат нічого не помітить, хіба його вже чорна діра засмокче, бо зі зміною цих сталих зміниться і вимірювальна система. Апарат не може «запамʼятати» яким був простір колись і яким є зараз, щоб порівняти.

Щоб виявити різницю в магнітній проникності вакууму в різних ділянках простору, треба будувати той же ж LIGO/VIRGO/KAGRA, з кілометровими тунелями в різні боки. Тобто, як мінімум, система детектора має бути рознесена в просторі на досить великі відстані, щоб мати змогу поміряти чистий і «схвильований» вакуум та порівняти їх.

Треба подумати.

[Володимир Лісівка]

Можна спробувати такий варіант: вимірювати швидкість передачі по електричному кабелю, точніше по двох електричних кабелях, тоді не потрібні будуть кілометрові тунелі. Скрутити кабелі в бухти і одну бухту поставити впритул до джерела гравітаційних хвиль (якийсь маховик з дірками чи ступицями), а іншу бухту відсунути подалі у спокійну зону.

У такому випадку можна міряти різницю швидкостей поширення електромагнітних хвиль по обох кабелях. Можливо, слабкі гравітаційні хвилі не змінюють її (так само як дрібні хвилі не коливають великий корабель), але можливо також що маса підсилить ефект. Треба пробувати.

Якщо використати два сервера з двопортовими мережними картками Intel X710-T2L чи Intel X550-T2, з підтримкою апаратного контролю часу, і використати демон точного часу ptp4l з підтримкою апаратних контролерів, то гіпотетично можна досягнути точності \(10^{-8}с\). Якщо зібрати статистику за день, і подивитися на якому кабелі тремтіння (jitter) сигналу вище, то можна підняти точність ще на 5 порядків, якщо місяць — на 8, тобто точність вимірювання можна підняти до \(10^{-13} - 10^{-16} с\). Якщо розкрутити маховик до 10 тсч. обертів на секунду — це ще 5 порядків, якщо наробити більше дірок в маховику — додасть ще порядок, але амплітуда хвиль відповідно впаде. Тобто, точність можна підняти десь до \(10^{-20}с\) (якщо чекати тижнями на 1 біт сигналу) при необхідній точності десь у \(10^{-40}с\). 

Але, якщо маса підсилить сигнал на 20 порядків, а не ослабить, то може й вийти. Можна так само спробувати із опотоволокном замість кабелю Ethernet — результат має бути аналогічний, а з екрануванням бавитися не потрібно.

Далі вже треба купувати апаратуру й пробувати.

PS.

Якщо використати багато бухт оптоволокна, то можна створити антенний масив, який підвищить чутливість і дозволить визначати напрям на джерело гравітаційних хвиль.

PPS.

LIGO/VIRGO/KAGRA публікують результати спостережень, то їх можна використати для калібрування системи: можна спробувати намотати кілька десятків кілометрів оптоволокна в різних місцях за кілька кілометрів і потім міряти синхронізацію між ними. Можливо вдасться зловити уповільнення сигналу так само, як і лазерні інтерферометри, але без тунелів.

[Володимир Лісівка]

Можна спробувати ідею з бухтами скловолокна рознесеними на кілометри в різні боки, які можна купляти сотнями кілометрів. 200 кілометрів скловолокна даватимуть затримку сигналу в \(0,001 с\), а отже всі світлові імпульси, які летять в бухті в цей момент, одночасно заповільняться, що можна виявити статистичними методами. Не в реальному часі, але близько до можливостей LIGO.

В якості вимірювального пристрою, можна використати доступні на ринку Intel E810-XXVDA4T. У неї чотири порти (тобто можна підключити дві різні бухти), підтримка синхронізації по GPS, та вже є вбудований термо-стабілізований кварцовий генератор. Це не атомний годинник, звичайно, але точності \(10^{-9} с\) можна досягнути, тобто разом з 200 кілометровим кабелем, швидкість світла по кабелю можна вимірювати з точністю \(10^{-6} с\) зі старту. Якщо зробити на карточці «фотофініш» — спробувати одночасно запускати короткі пакети по кабелю і потім визначати, який швидше прийшов, то можна налаштувати систему так, щоб вона давала результат 50% на 50%. Відповідно, гравітаційні хвилі будуть заповільнювати то один то інший кабель, що буде зсувати статистику то в один то в інший бік. Результати можна валідувати по результатах LIGO/VIRGO/KRAGA.

Коли вже буде «компактний» детектор гравітаційних хвиль, можна буде спробувати створити генератор гравітаційних хвиль. Якщо це просто коливання спіну магнітіків вакууму, то можна створити маховик, в середині якого будуть ще маховики, в середині яких будуть ще маховики (як спінери, якими руки тренують), для створення максимальної турбулентності гравітаційного поля, і намотати котушку оптоволокна навколо такого гігантського спінера. Можливо і вдасться щось задетектувати. А тоді вже можна буде покращувати генератор гравітаційних хвиль.

PS.

Коли вже буде детектор близький до рівня LIGO, можна буде спробувати визначити чи магнітні матеріали підсилюють сигнал, чи ослаблюють. Якщо підсилюють/ослаблюють на відчутну величину, то можна буде міряти різницю в заповільнені між оптикою і коаксіалом чи витою парою чи сталевим дротом.

PPS.

На ринку також доступні атомні годинники на чіпі (CSAC - Chip Scale Atomic Clock), які дають точність до \(10^{-10} с\), які можна використати як сигнал PPS для мережної карти, що може трохи підняти її точність.

[Володимир Лісівка]

Спробую порахувати теоретичну точність вимірювань, яку можна досягти. Якщо хтось має науковий досвід, хай мене поправить, бо я інженер.

Отже, зараз точність LIGO досягає \( 10^{-23}Гц^{-1/2} \).

У моєму варіанті, точність вбудованого термостабілізованого кварцового годинника досягає \( 10^{-9} с\). Якщо замінити кварц на CSAC, можна досягти \( 10^{-10} с \). Мережева картка Intel E810-XXVDA4T може генерувати 20 мільйонів переривань на секунду, нехай це буде 4 мільйони (бо ми будемо відсилати і приймати одночасно, та ще й по двох кабелях, плюс потрібен певний запас потужності), тоді можна досягнути точності \( \frac{ 10^{-10} } { \sqrt{ 4 \times 10^6 Гц } } = 5 \times 10^{-14} Гц^{-1/2} \).

На відміну від аналогових інтерферометрів, кожен пакет в мережі Ethernet є пронумерований, а не безіменним. Крім того, вимірюються не індивідуальні фотони, а цілі пакети, що усереднює результат і захищає від теплового шуму.

Як на мене, це є непоганим результатом, бо деякі пропозиції щодо вимірювання гравітаційних хвиль мають точність \( 10^{-5} Гц^{-1/2} \).

PS.

Для того щоб термоптичний ефект не давав помилку понад \( 10^{-10} \), треба підтримувати стабільну температуру з точністю \( 0,001° Ц \). Наприклад  Meerstetter TEC-1089-SV може забезпечити таку точність, якщо залити весь кабель трансформаторним мастилом (воно має високу теплоємність) і закутати у пінополістирол товщиною не менше 10 см.

Треба придумати як розмістити 200 км оптичного кабелю так, щоб він підсилював зсув фази. Нехай у нас довжина плечей під кутом 90° від центрального сервера, який відправляє і приймає пакети,  — 4 км кожне. Можна скрутити у бухти на кінцях, можна зробити ялиночку, щоб підсилити певні частоти гравітаційних хвиль за рахунок інших частот (десь бачив таку пропозицію, але не памʼятаю де), можна зробити якусь складнішу конфігурацію кабелю — бачив цікавий варіант у SOGRO. 

PPS.

Щоб відсіяти акустичний шум, напевно треба підвісити систему на ниточках у тунелі з пониженим тиском та хорошою звуко- та тепло-ізоляцією. Теплоізоляція працюватиме і як звукоізоляція теж.