Principy detekce gravitačních vln

Abstract

V předložené práci zkoumáme vliv slabé gravitační vlny v linearizované teorii gravitace na jednoduchý model interferometrického detektoru gravitačních vln, jehož jednotlivé části (zrcadla a elektromagnetické pole) jsou idealizovány volnými testovacími částicemi. V nezbytném, spíše populárně pojatém, úvodu do gravitačních vln v linearizované gravitaci, pojednáváme o astrofyzikálních zdrojích gravitačních vln, možnostech jejich detekce a o principech detektorů gravitačních vln. V dalším shrnujeme matematicky potřebné partie obecné relativity a linearizované teorie gravitace a pak se již konečně věnujeme samotnému modelu. V lineárním řádu v perturbacích vyřešíme pohybové rovnice jednotlivých částí a odvodíme odezvu modelu detektoru na gravitační vlnu. Na konci výpočtu uvádíme pár poznámek, a to včetně důkazu kalibrační invariance odvozeného vzorce.

In the present work we investigate the impact of weak gravitational wave in the linearized theory of gravity on a simple model of an interferometric gravitational wave detector, whose individual parts (mirrors, and electromagnetic field) are idealised by free test particles. After a necessary, fairly popularly conceived introduction to gravitational wave theory in the linearized gravity, the astrophysical sources of the gravitational waves, the possibilities of their detection and the principles of the detectors, we provide a mathematical survey of the indispensable parts of general relativity and of the linearized theory of gravity. After that, we finally deal with the model itself. In the linear approximation with respect to the perturbations, we solve the equations of motion of the individual components and derive the detector response to a gravitational wave. Finally, we present a few comments, including a proof of gauge invariance of the derived formula.