DE202010015800U1 - Vorrichtung zur Erzeugung von Gravitationswellen - Google Patents

Abstract

Vorrichtung (1) zur Erzeugung von Gravitationswellen, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, um ein Plasma zu erzeugen und dessen Ionen (11) in hochfrequenten Schwingungen mit einer Frequenz f zu versetzen.

Description

• Die Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung zur Erzeugung von Gravitationswellen.
• Gravitationswellen werden von beschleunigten Massen erzeugt und äußern sich in einer Änderung der Struktur der Raumzeit, das heißt, dass durch die Beschleunigung eines Systems aus mehreren kompakten und schweren Massen ein sogenanntes Quadrupolmoment entsteht, welches dafür sorgt, dass gravitative Strahlung emittiert wird. Obwohl Gravitationswellen bereits 1916 von Albert Einstein im Rahmen seiner Allgemeinen Relativitätstheorie vorhergesagt wurden, ist es den Wissenschaftlern weltweit bis heute nicht gelungen einen direkten Nachweis für deren Existenz zu erbringen. Die Astronomen Hulse und Taylor erhielten zwar 1993 den Nobelpreis für Physik für Berechnungen, wonach die Abnahme der Bahnperiode eines Doppelsternsystems als durch die Abstrahlung von Gravitationswellen bedingter Energieverlust interpretiert werden konnte; diese Untersuchungen stellen allerdings lediglich einen indirekten Nachweis dar.
• Der Nachweis von Gravitationswellen und die Untersuchung ihrer Eigenschaften wäre für die gesamte Wissenschaft von unschätzbarem Wert. Zum Einen wäre dadurch eine Bestätigung der Allgemeinen Realtivitätstheorie erbracht; andererseits wäre es möglich, durch die Detektion von natürlichen Gravitationswellen wichtige astrophysikalische Informationen, beispielsweise über den Urknall, die Bildung des Universums, über Pulsare, schwarze Löcher, Supernovae usw. zu erhalten.
• Wäre man umgekehrt in der Lage, Gravitationswellen zu erzeugen, so könnten dieselben im Laboratorium erzeugt und untersucht werden; darüber hinaus könnte man sich diese Wellen eventuell kommerziell nutzbar machen, bspw. zur Übertragung von Informationen in Bereiche, die für elektromagnetische Wellen unduchdringlich sind, bspw. durch das Erdinnere hindurch, etc. Denn falls die Annahme zutreffend ist, wonach Gravitationswellen im Gegensatz zu elektromagnetischen Wellen mit der umgebenden Materie kaum intergieren, können sie diese nahezu ohne Energieverlust passieren. Somit könnte man sich einen Informationstransport mit Hilfe von Gravitationswellen auch durch beispielsweise Planeten hinweg vorstellen, also bspw. auf direktem Weg zu einer Raumstation auf der Rückseite des Mondes.
• Wie bereits oben erwähnt, ist ein Schwerpunkt im Bereich der Erforschung von Gravitationswellen der Versuch, diese zu detektieren. Darunter sind besonders die Arbeiten von Joseph Weber zu nennen, der versuchte, Gravitationswellen durch den Einsatz von tonnenschweren Aluminiumzylindern nachzuweisen, welche als Resonanzkörper für eintretende Gravitationswellen dienen sollten, vgl. bspw. die US 3,722,288 . Da der Effekt der natürlichen Gravitationswellen nur sehr gering ist, gelang der Nachweis durch die Messaufbauten von Weber bisher nicht bzw. konnte nicht wiederholt werden.
• Einen anderen Ansatz zur Detektion von Gravitationswellen bildet die Verwendung von Interferometern, vgl. bspw. die US 5646,728 , wobei diese Versuchsaufbauten einigen Nachteile und Probleme mit sich bringen. Die Amplituden ebenso wie die Frequenzen, die gemessen werden sollen, sind sehr klein im Verhältnis zu den möglichen Störungen. Die Richtungsabhängigkeit und äußere Einflüsse der Versuchsumgebung, die das Signal von Gravitationswellen verfälschen, sind schwer einzudämmen und teilweise mit erdgebundenen Experimenten kaum möglich.
• Die Generierung von Gravitationswellen wird beispielsweise durch Arbeiten von Robert M. L. Baker dokumentiert (bspw. US 6,417,597 ). Diese Arbeiten haben den Nachteil, dass dort keine realen Gravitationswellen generiert werden, sondern mittels Computertechnik eine Emulation vorgenommen wird. Durch die angeschlossene Computertechnik kommt es zu aufbaubedingten Signalverzögerungen, was die Generierung meßbarer Gravitationswellen ausschließt, so dass kein meßbarer Effekt erzielt werden kann.
• Desweiteren gibt es Versuche in der Russischen Föderation, Gravitationswellen zu erzeugen. In der RU 2 184 384 wird ein Generator zur Erzeugung von longitudinalen Gravitationswellen beansprucht, der den Nachteil einer zu niedrigen Auslegungsleistungen P_r hat sowie einen viel zu kleinen Wirkungsgrad η << 1.
• Aus den Nachteilen des oben beschriebenen Standes der Technik resultiert das die Erfindung initiierende Problem, eine Vorrichtung zur Erzeugung von Gravitationswellen vorzuschlagen, womit Gravitationswellen von meßbarer Leistung erzeugt werden können.
• Die Lösung dieses Problems gelingt durch eine Einrichtung zur Erzeugung eines Plasmas, die dessen Ionen in hochfrequent Schwingungen mit einer Frequenz f versetzt.
• Der Erfinder wurde zu dieser Lösung durch folgende Überlegungen geführt:
  Als natürliche Quelle für Gravitationswellen werden im Allgemeinen Doppelsternsysteme angesehen mit um einen gemeinsamen Schwerpunkt schnell rotierenden Sternen. Von dieser Vorstellung inspiriert, wuden bereits Überlegungen zur Erzeugung von Gravitationswellen angestellt. Dabei wurde bereits mehrmals die Vorstellung einer rotierenden Masse herangezogen, vgl. bspw. die Vorschläge von Baker betreffend große rotierende Massen.
• Thorsten Fließbach untersucht in seinem Lehrbuch „Allgemeine Relativitätstheorie", 3. Auflage 1998, Kapitel 36, S. 197 u. a. die mit einem Rotator in Fom eines rotierenden Balkens erzeugbare Gravitationswellenleistung.
• Die Masse sowie der Abstand der rotierenden Körper üben dabei einen erheblichen Einfluß auf die Strahlungsleistung einer solchen, rotierenden Massenverteilung aus. Dabei kann man das exakte Trägheitsmoment der Massenverteilung über einen Trägheitstensor bestimmen. Vereinfacht kann man für das Modell eines rotierenden Stabes auch die Formel gemäß des Steinerschen Satzes heranziehen, wonach für das Trägheitsmoment J einer Masse m gilt, bezogen auf eine Drehachse im Abstand L zum Schwerpunkt: J = J_Körper + m·L² (I)
• Beispielweise beträgt das Trägheitsmoment einer massiven Kugel: J_Kugel = 0,4·m·r² (II)
• Für die Hauptträgheitsmomente J₁, J₂ einer hantelförmigen Massenverteilung mit zwei Kugeln der Masse m vom Radius r in einem Abstand d = 2L ergibt sich somit zu J = 2·[J_Kugel + m·L²] = = m·[0,8r² + 2L²] (III) J² = 2·J_Kugel = = m·0,8·r² (IV)
• Daraus ergibt sich das mittlere Trägheitsmoment I zu I = [J₁ + J₂]/2 = = m·[0,8r² + L²], ≈ m·L² für L >> r (V) sowie die Elliptizität ε der Massenverteilung zu E = [J₁ – J₂]/[J₁ + J₂] = = 2·L²/[1,6r² + 2L²] ≈ ≈ 1 für L >> r (VI)
• Die Strahlungsleistung P einer rotierenden Massenverteilung ist P = 6,4·G·I²·ε²·Ω⁶/c⁵, (VII) mit

G

= Gravitationskonstante,

I

= Trägheitsmoment,

ε

= Elliptizität,

Ω

= Frequenz der oszillierenden Massenverteilung,

c

= Lichtgeschwindigkeit.

• Die Frequenz ω der Gravitationswelle beträgt dabei ω = 2 Ω.
• Setzt man (V) und (VI) in (VII) ein, so ergibt sich: P = 6,4·G·m²·L⁴·Ω⁶/c⁵, (VIII)
• Aus Gleichung (VIII) wird deutlich, dass die Masse m der beschleunigten Körper, deren Abstand d = 2L voneinander sowie die Drehfrequenz Ω der bewegten Körper mögliche Stellknöpfe zur Erreichung einer hohen Strahlungsleistung P sein können, wähend G und c konstant sind.
• Dabei kam der Erfinder unter Heranziehung für dieses System geeigneter Formeln zu dem Entschluss, dass man nur durch die Erzeugung von sehr hochfrequenten Mssenbeschleunigungen überhaupt einen meßbaren Effekt erzielen kann. Allerdings wendet sich der Erfinder ab von dem Gedanken, massebehaftete Körper um eine Drehachse rotieren zu lassen, sondern läßt Ionen in einem Plasma schwingen. Im Gegensatz zu Drehbewegungen, bei denen die Zentrifugalkräfte mit ansteigender Drehfrequenz Ω schnell in technisch nicht mehr beherrschbare Dimensionen ansteigen, sind lineare Bewegungen derartigen Einschränkungen nicht unterworfen.
• Durch die Oszilation der Ionen im Plasma kommt es zu einer Abstrahlung von Gravitationswellen mit einer Frequenz f = 2πω, die vorzugsweise größer ist als f = 10¹⁰ s^–1, insbesondere größer ist als f = 3·10¹¹ s^–1. Nur durch die Generierung von superhochfrequenten Oszillationen der im Plasma entstehenden Ionen ist es überhaupt möglich, Gravitationswellen mit meßbarem Effekt entstehen zu lassen.
• Dabei ist es konstruktionstechnisch sinnvoll, die im Plasma erzeugten Ionen in einem elektrische Wechelsfeld der Frequenz f = 2πω schwingen zu lassen. Nur im elektrischen Feld kommt es zu einer so schnellen Umpolung, dass die im Plasma gebildeten geladenen Teilchen dem elektrischen Feld folgen wollen und somit ausreichend schnell hin und her schwingen.
• Die oben bereits beschriebene Schwingungsanregung der ionisierten Plasmateilchen muss gemäß einem speziellen Muster erfolgen. Das Ziel ist es, mit dem Versuchsaufbau nur transversale Gravitationswellen zu erzeugen. Dabei ist zu beachten, dass Gravitonen den Spin 2 besitzen und die entsprechende Strahlung durch eine Quadrupolcharakteristik der schwingenden Körper zustande kommt.
• Ferner sind selbst Ionen bei extrem hohen Frequenzen kaum in der Lage, dem elektrischen Wechselfeld zu folgen; aus diesem Grund muß die „antreibende” elektrische Feldstärke extrem groß sein. Damit die jene Feldstärke erzeugende elektrische Spannung nicht extrem hoch sein muß, schlägt die Erfindung vor, dass die Vorrichtung, in der das Plasma gebildet wird und in Schwingungen versetzt wird, in kleine Schwingungsräume aufgeteilt ist.
• Damit die Plasma-Ionen behinderungsfrei schwingen können, müssen die Ausmaße h₁ dieser Kompartmente in Richtung der Ionen-Schwingung größer sein als deren Schwingungsamplitude, aber gleichzeitig muss gewähleistet sein, dass die betreffende Abmessung kleiner ist als die Schwingungsamplitude der mit der selben Frequenz f schwingenden Elektronen, so dass die Elektronen von einer vorzugsweise leitfähigen Wandung des betreffenden Kompartiments aufgefangen und damit dem Schwingungsraum entzogen werden, so dass also einzig die positiv geladenen Plasma-Ionen schwingen.
• Durch die Einstellung der optimalen geometrischen Parameter für die einzelnen Kompartments werden die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile beseitigt und somit eine maximale Leistung P_r der entstehenden Gravitationsstrahlung erreicht.
• Eine zu diesem Zweck bevorzugte Höhe h₁ in den vertikalen Gehäusen der Vorrichtung errechnet sich somit gemäß:

  
• Weitere Ausführungn hierzu ergeben sich aus dem beigefügten Anhang.
• Es hat sich als günstig erwiesen, dass das zu bildende Plasma aus verdampftem und ionisierten Quecksilber besteht. Hg hat den Vorteil, dass es sich um ein schweres Metall (M = 200,59 g/mol) handelt und somit dem Einfluss der Masse in Gleichung (VIII) genügend Rechnung getragen werden kann. Desweiteren ist Quecksilber leicht erhältlich nicht übermäßig teuer und außerdem leicht zu handhaben. Da es unter Normalbedingungen flüssig ist, kann man es leicht und exakt in die vorgesehenen Kammern dosieren. Desweiteren ist Quecksilber leicht flüchtig und verteilt sich in den Kammern unter Einbezug einer Vakuumpumpe leicht, zusätzlich ist das Ionisierungspotential IP₁ = 10,44 eV des Quecksilbers derart bemessen, dass es leicht zu einer Plasmabildung kommt.
• Es entspricht der Lehre der Erfindung, dass die in der Vorrichtung verwendeten Elektroden besondere Eigenschaften haben sollten. Es ist im Zuge des Experiments sinnvoll, wenn der dazu verwendete Werkstoff so geartet ist, dass eine besonders hohe Austrittsarbeit besteht oder dass er derart beschichtet ist, dass eine hohe Austrittsarbeit geleistet werden muss. Die hohe Austrittsarbeit oder eine entsprechende Beschichtung der Elektroden führt dazu, dass es während der Oszillation des Plasmas nicht schnell genug möglich ist, die entstandenden Hg⁺-Ionen in dem vorgegebenene Zeitfenster rückzureduzieren. Eine Rückreduktion innerhalb der Versuchsanordnung würde diese untauglich machen, da die superhochfrequente Schwingung des Systems unterbrochen würde.
• Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn das verwendete Elektrodenmaterial aus einer Nickellegierung besteht, insbesondere aus einer Chromnickellegierung. Eine weitere Erhöhung der Austrittsarbeit an der Elektrode kann erreicht werden, wenn diese im Vorrfeld des Versuches mit einem inerten Gas an deren Oberfläche ausgestattet wird. Beispielsweise erhöht an der Elektrode adsorbierter Stickstoff zusätzlich die Austrittsarbeit. Auch die Verwendung anderer Gase (bspw. Edelgase) zur Adsorption ist denkbar, solange diese möglichts nicht reaktiv mit dem entstehenden Plasma interagieren.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung sieht vor, dass mindestens zwei, vorzugsweise aber mehrere Schwingungsräume in Richtung der hochfrequenten Ionenschwingung zu einer Art Schwingsäule hintereinandergeschaltet werden. Die Verwendung von mehreren hintereinandergeschalteten Räumen ermöglich eine leichtere Detektion der entstehenden Gravitationswellen, da so deren Abstrahlungsleistung erhöht werden kann. Die Gravitationsstrahlungsleistung der erfindungsgemäßen Vorrichtung entspricht nämlich der summarischen Masse Σm des Hg im Plasma in allen einzelnen Schwingräumen der Schwingsäulen. (siehe Anhang, Abhandlung Klepatsch)
• Dabei ist die Funktionsfähigkeit der Vorrichtung nur gewährleistet, wenn mindestens 2 oder auch mehrere Schwingsäulen zur Verwendung kommen. Beispielsweise berechnet sich die verwendete Masse wie folgt: Σm(Hg) = 2·*2n·*M₁ = 1,05·10^–2 kg (IV)
• Zur optimalen Funktionsweise der Vorrichtung sollten benachbarte Schwingsäulen einen Abstand aufweisen, der gleich oder größer ist als die halbe Wellenlänge Λ/2 = c/2f der erzeugten Gravitationswelle.
• Bei der Funktionsweise der Schwingsäulen ist es von Vorteil, wenn die Ionen in benachbarten Schwingsäulen zu phasenversetzten Schwingungen angeregt werden. Wie oben bereits erwähnt, zeigen Gravitationswellen eine Quadrupolcharakteristik, das heißt, sie entstehen beispielsweise, wenn zwei beschleunigte Massen, sich derart bewegen, dass sie quadrupolar oszillieren.
• Die Polarisationen der Gravitationswelle kann man als Dehnung und Streckung des Einheitskreises verstehen. Dabei gibt es zwei Polarisationen h₊ und h_x:

  

  Polarisationen h+ und hx
• Zu bemerken ist dabei, dass die Polarisationsrichtung h_x gegenüber h₊ um 45° gedreht ist. Die Überlagerung der zwei Polarisationen ergibt eine sich drehende Ellipse. Dabei kann, je nach Phase, die Ellipse im Uhrzeigsinn oder gegenläufig, alo entgegen des Uhrzeigersinns, rotieren.
• Verrichtet das zu betrachtende Teilchensystem im Plasma in den Schwingsäulen einer erfindungsgemäßen Einrichtung quadrupole Schwingungen in einer Ebene, so erfolgt die Ausbreitung der entstehenden Gravitationswellen lotrecht zu dieser Ebene, wobei also transversale Gravitationswellen entstehen.
• Andererseits können zwei oder mehrere Schwingsäulen auch außerhalb einer gemeinsamen Ebene angeordnet werden, also derart schräg oder windschief, dass die Längsachsen der Schwingsäulen nicht parallel zueinander verlaufen. In diesem Fall hängt die Ausbeitung einer Gravitationswelle von dem Phasenversatz zwischen den Schwingsäulen ab, bezogen auf die Wellenlänge Λ der Gravitationswelle und den Abstand der Schwingsäulen.
• Schließlich entspricht es der Lehre der Erfindung, gewisse vorgegebende geometrische Bedingungen für die Vorrichtung einzuhalten, um eine Generierung von Gravitationswellen physikalisch möglich zu machen. Die Mittelpunkte benachbarter Schwingsäulen sollten auf einer gemeinsamen Mittelpunktslinie liegen. Die Längsachsen benachbarter Schwingsäulen sollten in einer gemeinsamen Ebene liegen oder einander entlang der Mittelpunktslinie unter einem Winkel von etwa 90° schneiden.
• Besonders bei dieser vorgegebenen Geometrie der Vorrichtung kann mittels phasenversetzter Schwingungsanregung der Plasmen in den unterschiedlichen Schwingsäulen ein optimales Quadrupolmoment erzeugt werden und somit detektierbare Gravitationswellen generiert werden.
• Weitere Merkmale, Einzelheiten, Vorteile und Wirkungen auf der Basis der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigt:
• 1 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung von Gravitationswellen, teilweise aufgeschnitten;
• 2 eine vergrößerte Darstellung des Details II aus 1 zur Erläuterung des Aufbaus der erfindungsgemäßen Vorrichtung; sowie
• 3 einen Schnitt durch die 2 entlang der Linie III-III.
• In 1 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 mit zwei Schwingtürmen 2 gezeigt. Die Schwingtürme 2 sind bevorzugt als langgestreckte, hohle Quader ausgebildet, wobei die Quader mit einer vorzugsweise quadratischen Grundfläche an einem oder jeweils einem soliden Fundament 3 befestigt sind, das in der Lage sein muß, den/die Schwingtürme 2 im laufendem Betrieb ausreichend zu stabilisieren, selbst wenn es dabei zu verstärkten Vibrationen kommen sollte. Jedoch ist die Betriebsfrequenz weit jenseits aller mechanischer Resonanzfrequenzen der Anordnung, so dass diese Gefahr vor allem bei Fehlfunktionen entsteht.
• Die Schwingtürme 2 sind parallel zueinander aufgestellt und ihre vertikalen Längsachsen 4 befinden sich in einem Abstand 2L zueinander, wobei 2L vorzugsweise ein Vielfaches der Wellenlänge Λ der zu erzeugenden Graviatationswellen sein kann. Die beiden Schwingtürme 2 sind jeweils von einem luft- und gasdichten Gehäuse 5 umgeben, dessen Innenraum vorzugsweise eine quadratische Grundfläche aufweist, bspw. mit einer inneren Kantenlänge b₁ < L, vorzugsweise b₁ ≤ L/2, insbesondere b₁ ≤ L/4. Die Seitenlänge b₁ der quadratischen Grundfläche ist vorzugsweise durch die Wellenlänge Λ teilbar.
• Das Gehäuse 5 ist durch etwa horizontale bzw. quer zur Längsachse 4 verlaufende Zwischenböden 6 in eine Vielzahl von übereinander liegenden Kammern 7 unterteilt. Jeder Kammer 7 ist eine obere Elektrode 8 zugeordnet sowie eine untere Elektrode 9. Die jeweils obere Elektrode 8 befindet sich an der Unterseite des die betreffende Kammer 7 oben abschließenden Zwischenbodens 6, wähend die zugeordnete untere Elektrode 9 sich auf der Oberseite des die betreffende Kammer 7 unten abschließenden Zwischenbodens 6 befindet. Sämtliche Elektroden 8, 9 sind flach ausgebildet und horizontal ausgerichtet und erstecken sich vorzugsweise über die geamte Grundfläche der betreffenden Kammer 7; vorzugsweise haben sie jeweils eine quadratische Grundfläche der Ausmaße b₁ × b₁, entsprechend der Grundfläche eines Zwischenbodens 6, der ebenso die Ausmaße b₁ × b₁ aufweist. Die Befestigung der Elektroden 6 und 7 auf dem Substrat 8 erfolgt vorzugsweise durch Schweißen oder auch durch Aufdampfen, Sputtern od. dgl.
• Jeweils die unter Elektrode 9 einer Kammer 7 kann mit einer Ausbuchtung 10 zur Ablage eines Hg-Tropfens 11 sein, was bspw. mittels einer Dosierspritze bewirkt werden kann.
• Die Elektroden 6, 7 und/oder die Zwischenböden 6 sind beheizbar, um das eingefüllte Quecksilber 11 zu verdampfen. Durch eine weitere Erhitzung und/oder durch ein elektrisches Feld zwischen den Elektroden 6, 7 wird das Hg-Gas 11 ionisiert zu einem Plasma mit positiv geladenen Hg⁺-Ionen und freien Elektronen.
• Die Hohlräume sämtlicher Kammern 7 können über ein Leitungssystem 12 miteinander und/oder mit einer oder mehreren Vakuumpumpen 13 kommunizieren, die bevorzugt an der unteren Grundfläche einer Schwingsäule 2 angeschlossen ist.
• Eine Vakuumpumpe 13 dient der Herstellung eines möglichst vollständigen Vakuums innerhalb der angeschlossenen Kammern 7 vor dem Verdampfen des Hg-Tropfens 11 (p ≈ 0).
• Nach Verdampfen des Hg-Tropfens 11 ist der Hg-Druck größer als Null: p > 0. Dabei kann die Vakuumpumpe 13 mit einem Autoregulationssystem ausgestattet sein, um den Druck p = kTm₁ε₀(ω/e₁)² des Arbeitsmediums 11 in der Schwingsäule 2 regulieren zu können, bspw. in Abhängigkeit von der gewünschten Amplitude a der Resonanzschwingungen der Hg⁺-Ionen der Frequenz ω = 2πf eines an die Elektroden 8, 9 angeschlossenen Elektro-Generators 14 und von der mittleren freien Weglänge ω eines gemäß Hg⁺-Ions, vorzugsweise derart, daß gilt:
  2a < w.
• Insbesondere muß auch für die Höhe h einer Kammer 7 gelten:
  2a < h.
• Der Elektro-Generator 14 erzeugt eine Frequenz f von mehr als 1 MHz (Megahertz = 1.000 Kilohertz), vorzugsweise von mehr als 10 MHz, insbesondere von mehr als 100 MHz, oder eine Hochfrequenz (HF) von mehr als 1 GHz (Gigahertz = 1.000 Megahertz), vorzugsweise von mehr als 10 GHz, insbesondere von mehr als 100 GHz, oder eine Superhochfrequenz (SHF) von mehr als 1 THz (Terahertz = 1.000 Gigahertz), vorzugsweise von mehr als 10 THz, insbesondere von mehr als 100 THz.
• Der Elektro-Generator 14 ist mittels Drähten 15 und 16 an die Elektroden 8, 9 angeschlossen. Dabei muß beachtet werden, dass auch die Solllängen l_i der Drähte 15 und 16 möglichst exakt gleich lang sein sollten, oder eine Längendifferenz entspricht einem Vielfachen der Wellenlänge Λ, so dass die Ionen des Arbeitsmediums 11 in den beiden Schwingungstürmen 2 jeweils synchron schwingen. Die Elektroden 8, 9 in allen Kammern 7 eines Schwingungsturms 2 sind gleichsinnig mit dem Elektro-Generator 14 verbunden, bspw. indem jeweils die oberen Elektroden 8 an eine Sammelleitung 15 angeschlossen sind und die unteren Elektroden 9 jeweils an die untere Sammelleitung 16. Dabei ist allerdings darauf zu achten, dass die Längendifferenz Δl_i zischen zwei benachbarten Anschlußpunkten einer gemeinsamen Sammelleitung 15, 16 einem Vielfachen der Wellenlänge Λ entspricht, damit die Ionen des Arbeitsmediums 11 in allen Kammern 7 synchron miteinander schwingen, im Takt der Frequenz des Elektro-Oszillators 14 und parallel zu der Längsachse 4 des betreffenden Schwingungsturms 2.
• Allerdings sollen die Ionen des Arbeitsmediums 11 in allen Kammern 7 des jeweils anderen Schwingungsturms 2 antizyklisch schwingen, d. h. bspw. jeweils entlang der Längsachse 4 nach oben, wenn gleichzeitig die Ionen des Arbeitsmediums 11 in allen Kammern 7 des ersten Schwingungsturms 2 gerade nach unten schwingen. Zu diesem Zweck sind die Sammelleitungen 15, 16 von den Elektroden 8, 9 beider Shwingungstürme 2 mit entgegengesetzter Polung an den Elektro-Generator 14 angeschlossen, also derart, dass ein Pol desselben bspw. mit den oberen Elektroden 8 eines Schwingungsturms 2 verbunden ist und mit den unteren Elektroden 9 des anderen Schwingungsturms 2, wähend der zweite Pol des Elektro-Generators 14 mit den jeweils noch verbleibenden Elektroden 9, 8 verbunden ist.
• Durch die antizyklische Massenbewegung der Ionen des plasmaförmigen Arbeitsmediums 11 in den Kammern 7 der beiden Schwingungstürme 2 ergibt sich eine Gesamt-Bewegung aller beteiligten Ionen 11 nach Art einer Quadrupolschwingung, die in der Lage ist, eine Graviatitonswelle abzustrahlen.
• Da die freien Elektronen eine viel kleinere Masse haben als die poritiv geladenen Ionen des Arbeitsmediums 11, werden diese von den Elektroden 8, 9 eingefangen. Es ist daher durch eine geeignete Auswahl des Materials der Elektroden 8, 9 und/oder durch eine geeingete Beschichtung derselben darauf zu achten, dass die Austrittsarbeit für Elektronen aus den Elektroden 8, 9 möglichst hoch ist, damit nur wenige Elektronen in die Kammer 7 austreten, wo sie antizyklische Bewegungen zu den dortigen, positiv geladenen Ionen asusführen würden.
• Zur genaueren Beschreibung der Erfindung, insbesondere unter Hinzunahme weiterer erklärender Formeln, ist im folgenden eine von dem Erfinder stammende, übersetzte mathematische Abhandlung wiedergegeben:
• Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Gravitationstechnik und kann für die Erregung von quadrupolen Teilchenschwingungen des abgetasteten Mediums, für die Informationsübermittlung in der für elektromagnetische Wellen undurchsichtigen Umwelt, sowie für experimentelle Forschung von Gravitationswelleneigenschaften verwendet werden.
• Als natürliche Quelle von Gravitationswellen dienen bspw. Doppelsternsysteme. Diese werden bei der vorliegenden Anordnung simuliert durch zwei Systeme – I und II – der Massen M der Teilchen des Arbeitsmediums (AM) – in Form eines vollständig ionisierten Plasmas. Die Zentren der Massen M von Systemen I und II – die Punkte S₁ und S₂ – bewegen sich etwa auf einer Kreislinie mit Radius L und werden in der gegenseitigen Entfernung 2L von den Gravitations- und Zentrifugalkräften eben festgehalten. Die Auslegungsleistung P_r der Gravitationsausstrahlung des erwähnten natürlichen Analogons – des doppelten Sterns – bildet den winzigen Teil der Leistung P₀ «erzeugender» Prozesse. Jedoch ist der Wirkungsgrad des natürlichen Analogons – η₀ ≡ P_r/P₀ ~ 10^–12 ([1] §105) – um mehrere Größenordnungen höher als der Wirkungsgrad η₁ jedes denkbaren künstlichen Analogons des «Hantel»-Typs. Die konzentrierten Massen M der «Hanteln» werden von elektromagnetischen Kräften in der gegenseitigen Entfernung 2L festgehalten und bewegen sich auf der Kreislinie mit Radius L mit konstanter Geschwindigkeit v < 0,1 c, wo c = 2,9979·10⁸ m/s – elektrodynamische Konstante. Das Trägheitsmoment I des Systems I–II bezüglich Drehachse, die Winkelgeschwindigkeit ω, die Aufwandleistung P₁, die Auslegungsleistung P_r der Gravitationsstrahlung ([1] §105) und der Wirkungsgrad η₁ ≡ P_r/P₁ des Zweimassen-(imaginären)Analogons sind: I = 2ML²; ω = v/L; P₁ = ½Iω²·ω ≡ ML²ω³; P_r = (2G/5c⁵)I²ω⁶ ≡ (8G/5c⁵)P₁ ²; η₁ = (8G/5c⁵)P₁ (1) wo G = 6,67·10^–11 m³/kg·s² – die Gravitationskonstante ist; dabei wäre der Wirkungsgrad der Laboreinrichtung mit der Leistung P₁ = 10⁶ Watt eine Spurenmenge: η₁ = 4,4·10^–47.
• Ein Nachteil vorbekannter Vorschläge sind die niedrigen Werte der Auslegungsleistung P_r und des Wirkungsgrades η₁☐1. Dabei ist der in Russland patentierte Generator der Längsgravitationswellen (das Patent der Russischen Föderation RU 2184384 ; 2001) weder ein Analogon, noch ein Prototyp, da bei der vorliegenden Erfindung keine longitudinalen Gravitationswellen erzeugt werden sollen, sondern stets quer zur Ausbreitungsrichtung polarisierte Gravitationswellen ([1] §102).
• Die Schwingungssysteme I und II der erfindungsgemäßen Einrichtung werden ergänzt durch die folgenden funktionalen Systeme: III – ein Unterstützungssystem zur Erzeugung einer Solltemperatur T und des Druckes P von überhitztem Dampf des Arbeitsmediums (AM); IV – ein System zur vollen Ionisierung des AM; V – ein System zur Anregung von kontinuierlichen Ionen-Schwingungen im AM mit einer Frequenz ω = 2π c/Λ und einer Amplitude α < 0,1 c/ω; VI – ein System für die Einhaltung des vorgegebenen Gesetzes der Bewegung des Zentrums der Masse AM.
• Gegenüber anderen Plasmasorten wie bspw. Zäsiumplasma mit einer Ionenmasse Cs⁺: m₁ = 2,207·10^–25 kg, und einem Druck p des Arbeitsmediums AM von bspw. 300 atm: p = 3·10⁷ Pascal und einer Temperatur AM – Zimmertemperatur: T = 293 K ist Quecksilber besser geeignet.
• Die Gleichungen für die Oszillations-Bewegungen der Quecksilberionen (in den Richtungen Ox_i) im Feld der auf sie fallenden, laufenden Welle ([1] §78) lauten wie folgt: d²x_ij/dt² + ω₀ ²x_ij = (Ee₁/m₁)cos(ωt + φ_ij); φ_ij ≡ (i – 1)π/2 + 2πξ_ij/Λ; j = 0, 1, 2, ..., v = N^1/3b, ξij ∊ [0; b]; (4) x_ij = (Ee₁/m₁)(ω₀ ² – ω²)^–1cos(ωt + φ_ij) ≐ (Ee₁/2m₁ωΔω)cos(ωt + φ_ij); i = 1, 2; (5) r₀ ≡ (x_1j ² + x_2j ²)^½ ≡ ζ(Ee₁/2m₁ωΔω); ζ ≡ ᾱ/α₁ < 1, (6) wo ζ – der die betrachtete Einrichtung charakterisierende Koeffizient der Senkung von Amplitude a der Schwingungen des Zentrums der Massen des Systems von geladenen Teilchen im periodischen Feld E(ξ) = E cos(2πξ/Λ) im Vergleich zur Amplitude α₁ der Schwingungen des Teilchens, das sich in der Entfernung ξ von der Elektrodenebene befindet, unter der Bedingung, dass die gegenseitige Anordnung von Teilchen chaotisch ist.
• In der nicht relativistischen Annäherung, die in den Theorien der Gravitationswellen übernommen ist, stimmt die Amplitude a mit dem Durchschnittswert der Amplituden α(ξ) auf dem Gebiet (4) ([1] §14, [2] §9) überein: α(ξ) ≡ α₁cos(2πξ/Λ); ᾱ = b^–1∫ b / 0α(ξ)dξ ≡ (Λα₁/2πb)sin(2πb/Λ); ζ = a/α₁ ≡ (Λ/2πb)sin(2πb/Λ) = 2,53·10^–5. (7)
• Angenommen, die an den Elektroden 8, 9 angelegte Spannung u weist eine Amplitude u = 10⁶ V auf und mit Rücksicht auf die obigen Gleichungen, finden wir heraus: E = 2u/b = 2·10⁶ V/m; r₀ = 1,86·10^–8 m; I = Mr_o ² = 5,66·10^–13 kg·m²; P_r = (2G/5c⁵)I²ω⁶ = 3,26 W. (8)
• Die Leistung P_p, die beim Zusammenstoß von Elektronen und Ionen AM mit der Frequenz ν_e zerstreut wird, und der Wirkungsgrad η₂ des Analoges sind: ν_e = ω; P_p = E²Vε₀ν_e/2 = 1,75·10¹⁴ W; η² = P_r/P_p = 1,86·10^–14. (9)
• Es zeigt sich, dass die ausgewählten Parameter (P_r, P_p, M, P, u) ungeeignet sind.
• Die Höhe h₁ der ES und die Funktion

  

  des vorgeschlagenen Gerätes sind:

  
• Im Verlauf der Darlegung wird gezeigt, dass die Verhältnisse (10) der maximalen Leistung von Gravitationsausstrahlung P_r entsprechen.
• Auf den – sind die Gesamtansicht und die Hauptelemente der vorgelegten Erfindung schematisch dargestellt.
• Die vorliegende Einrichtung ( ) enthält zwei vertikale Gehäuse, die in horizontaler Richtung Ox₂ mit Abstand 2L (teilbar durch die Wellenlänge Λ) angeordnet sind und auf dem harten Fundament befestigt sind. Die Hohlform des Gehäuses hat im Querschnitt eine quadratische Form von der Größe b₁, die durch die Wellenlänge Λ teilbar ist. Die Seiten des Quadrates sind parallel zu den Koordinatenachsen Ox₁ und Ox₂, dabei gilt: b₁ ² << L².
• Auf den Wänden des Hohlraums sind Stützen h₁ mit einer vertikalen Erstreckung 3h₁ und einem Abstand zwischen zwei benachbarten Stützen h₁ ( ) hergestellt.
• Die linke (bzw. rechte) Wand des linken (bzw. rechten) Gehäuses ist abnehmbar hergestellt, mit der Möglichkeit der Montage von flachen horizontalen Elektroden quadratischer Form b₁ × b₁ in dem Gehäuse des periodischen Systems. Die obere Elektrode und die untere Elektrode einer Entladungsstrecke (ES) sind auf dem gesamten Substrat von der Größe b₁ × b₁ befestigt (zum Beispiel, mit der Methode von Einbrennen). Oberes (unteres) Substrat jedes Gehäuses trägt eine Elektrode.
• Die Gehäuse und Substrate der Schwingungstürme sind bevorzugt aus Keramik hergestellt, die mit Metallgittern armiert sein können. Die Elektroden sind aus einer Chromnickellegierung.
• So ist die Hohlform des Gehäuses auf 2n Sektionen vom periodischen System der Elektroden geteilt mit der Periode h ≡ 4h₁ ≡ Λ, wobei h₁ die Höhe der ES ist. Beim Anschließen von Elektroden zu der allgemeinen Quelle der SHF-Spannung 2u cos ωt mit den Drähten der angegebenen Solllängen l_i, teilbar durch die Wellenlänge Λ, ist die Phase des Potentials der i- Elektrode vom Index i unabhängig; l_i = iΛ; ±ucos[ω(t – l_i/c)] ≡ ±ucosωt; i = 1, 2, ..., n (11)
• Als AM der vorgelegten Einrichtung sind überhitzte Dämpfe des Quecksilbers angenommen, die beim atmosphärischen Druck P und der Temperatur T > T ' / H die ES auffüllen ([3] S.194): P = 1 atm ≡ 101325 Pa; T = 370°C ≡ 643,15 K; T ' / H = 3066[7,752 – lg(P/133,3)]^–1 = 629,4 K (12)
• T ist die Temperatur gesättigten Hg-Dampfes beim Druck 1 atm.
• Die atomare Masseneinheit Quecksilbers A = 200,59.
• Die Masse m₁ des Ions Hg⁺, die Masse m₂ des Elektrons, ihre Konzentration N im vollständig ionisierten Plasma der SHF-Entladung, Ionen- ω₁ und Elektronen- ω₂ Plasmenfrequenzen sind: m₁ ≐ Aμ = 3,3309·10^–25 kg; m₂ = 9,1095·10^–31 kg; N = P/kT = 1,1411·10²⁵ m^–3; ω₁ = (Ne₁ ²/m₁ε₀)½ = 3,1515·10¹¹ s^–1; ω₂ = ω₁(m₁/m₂)½ = 1,9057·10¹⁴ s^–1. (13)
• Die Arbeitsfrequenz ω, die Wellenlänge Λ und die Spannung 2u des Generators 14 sind: ω ≐ ω₁; Λ ≡ 2πc/ω = 6·10^–3 m; h₁ = Λ/4 = 1,5·10^–3 m; 2u = 24 V; u ∊ [u₁; u₂], (14) wobei u₁ = 10,4 V, u₂ = 14,5 V – die Potentiale der Einfach-Ionisierung der Atome des Quecksilbers und der (adsorbierten in die Arbeitsebene der Elektrode) Atome des Stickstoffes sind, u = 12 V ist der Amplitudenwert des Elektrodenpotentials (11), der dem Amplitudenwert E₀ der Spannung entspricht. E(t; ξ) = E₀cos(ωt ϒ 2πξ/Λ); ξ ∊ [0; h₁]; E₀ ≡ [u – (–u)]/h₁ = 1,6·10⁴ V/m; (15)
• Die rechtwinkligen Ebenen der Elektrode der Abweichung α_i(t; ξ) von Ionen (i = 1) und Elektronen (i = 2), die sich in dem Zeitmoment t in der Entfernung ξ von der Ebene der Elektrode im Feld E(t; ξ) (15) befinden, infolge der Mittelwertbildung auf dem Bereich ξ ∊ [0; h₁], unter Berücksichtigung der Aufzeichnungen (3)–(5), (10), (13), sind auf folgende Weise vorgestellt:

  

  α₁ ≐ E₀e₁/πm₁ω₁Δω = 7,773·10^–5 m; α₂ ≐ –2E₀e₁(πm₂ω₂ ²)^–1 = –4,9·10^–14 m; α₁ω = 0,08c. (16)
• Die vom Autoregulierungssystem (ARS) gesteuerte Pumpe unterstützt den atmosphärischen Druck AMs P = kTm₁ε₀(ω/e₁)² (13) in allen ES, entsprechend den Resonanzschwingungen von Ionen Hg⁺ auf der Frequenz ω des Generators 14: ω₁ ≐ ω. Dabei wird die Bedingung der Existenz der SHF-Entladung in ES eingehalten ([3] S.158),- |α₂| << α₁ < h₁/2 = 7,5·10^–4 m,- (17) in deren Prozess die Mehrheit der Ladungen vom Feld auf die Elektroden nicht geführt wird, wird aber in ES angesammelt.
• Die Berechnung und Beschreibung des Systems VI.
• Die zu dem kartesischen Koordinatensystem Ox₁x₂x₃ zugerechneten Komponenten I i / αβ des Beharrungsmoment-Tensors des Systems von zwei (in den Punkten S_1i und S_2i) konzentrierten Massen M₁ (2), die in der Ebene x₁ = 0 entgegenkommende Schwingungen in der senkrechten Richtung Ox₃ mit Abstand L von der Achse Ox₃ ( ) ausführen, sind ([2] §32): I i / 11 = 2M₁(L² + z 2 / i), I i / 22 = 2M₁z 2 / i, I i / 33 = 2M₁L²; I i / 23 ≡ I i / 32 = –2M₁Lz_i; i = 1, 2, ..., n = 50; (18) I i / 12 = I i / 21 = I i / 13 = I i / 31 = 0; z_i ≡ z_i(t) ≡ H/2 – ih – α₁(t) α ...₁(t) = α₁ω³(sinωtϒcosωt); (19) Λ = 4h₁ = 6·10^–3 m; b₁ = 16Λ = 0,096 m; V₁ = b₁ ²h₁ = 1,382·10^–5 m³; M₁ = NV₁m₁ = 5,253·10^–5 kg, (20) wobei ϒz_i – die senkrechte Koordinate des Zentrums der Massen der i-Sektion des Gehäuses 1 (2) – des Punktes S_1i(S_2i), der die kleinen vertikalen Schwingungen (16) ausführt; V₁ – Volumen ES; 2n – die Zahl der Sektionen im Gehäuse.
• In Anbetracht der Relationen α₁ << h << H = L = 2nh; ż_iz .._i << ż_iz ..._i (21) sind die Ausdrücke von dritten zeitlichen Ableitungen der Komponenten I_α ⁱ _β und I_αβ der Trägheitsmoment-Tensoren des i-Massen-Teilsystems und entsprechend 2n Teilsysteme: I ... i / 11 ≡ I ... i / 22 = 4M₁(3ż_iz .._i + z_iz ..._i) = 4M₁(H/2 – ih)α ...₁(t); I ... i / 23 ≡ I ... i / 32 = 2M₁Lα ...₁(t); I ... i / 33 ≡ 0; I ... i / 23 ≡ I ... i / 32 = 2Σ n / i=1I ... i / 23 = 4M₁Lnα ...₁(t); I ... i / 11 ≡ I ...I ... i / 22 = 2Σ n / i=1I ... i / 11 = 4M₁[Hn – hn(n + 1)]α ...1(t) ≡ I ... i / 23(1 – n^–1) = I ... i / 23, (22) wobei die Annäherung I ...₁₁ = I ...₂₃ die bevorstehenden Berechnungen wesentlich vereinfacht, trägt aber die Abweichung bei etwa P_r/100.
• Die dritten zeitlichen Ableitungen der Komponenten des Tensors D_αβ des quadrupolen Momentes des Systems 2n Massen M₁ ([1] §96) sind mit dem I_αβ Kronecker-Symbol verbunden:

  

  D ..._αβ=δαβΣ 3 / γ=1I ..._γγ – 3I ..._αβ; D ...₁₁ ≡ D ...₂₂ ≡ –I ...₁₁ ≡ –4D ...; D ...₃₃ = 2I ...₁₁ ≡ 8D ...; D ...₂₃ ≡ D ...₃₂ = –3I ...₂₃ ≡ –12D ...; (23)
  D ... ≡ M₁Lnα ...₁(t) ≡ M₁Lα₁nω³(sinωtϒcosωt); D ...² ≡ (M₁Lα₁nω³)²(1ϒsin2ωt). (24)
• Die Dichten Π_i(t), die parallel zu den Achsen Ox_i von Energieströmen der Gravitationsausstrahlung in der Wellenzone ausgerichtet, d. h. in der Entfernung R~10L vom Punkt O ([1] §105), sind: Π₁(t) = (Π₀/R²)[(D ...₂₂ – D ...₃₃)²/4 + D ...₂₃ ²] ≡ 5Π₀(D .../R)²; Π₂(t) = (Π₀/R²)[(D ...₁₁ – D ...₃₃)²/4 + D ...₁₃ ²] ≡ Π₀(D .../R)²; Π₃(t) ≡ 0; Π₀ ≡ G/(πc⁵)^–1 = 8,77·10^–54(W)^–1. (25)
• Die Mittelwertbildung der Ausdrücke Π_i(t) nach der Zeit t unter Berücksichtigung (24) ist:

  

  wobei M₁ = 5,253·10^–5 kg (20); L = 0,6 m (21); α₁ = 7,773·10^–5 m (16); n = 50 (18); ω ≐ ω₁ (13); R = 6 m. (26)
• Die Dichten der Energie Π_1,2 sind vollkommen ausreichend für das Experimentieren in der Wellenzone, – R τ L π Λ, – entsprechend dem Bereich der Anwendbarkeit von Formeln (25) ([1] §105). Deshalb ist die weitere Erhöhung der Größen L, H aussichtslos.
• Die Gravitationsstrahlungsleistung der vorliegenden Einrichtung ([1] § 105),

  

  entspricht der genügend kleinen summarischen Masse M des AMs in allen ES der zwei Gehäuse: M = 2·2n·M₁ = 1,05·10^–2 kg << M = 1637 kg. (28)
• Zurück zur der Anmerkung zu der Aufzeichnung (10), betrachten wir eine in den Ausdruck I i / 23 (18) implizit eingereihte Funktion des Argumentes h₁ – die Höhe ES: F(h₁) ≡ M₁ α(ξ) ≡ Nm₁b₁ ²h₁(α₁/h₁)∫₀ ^h1cos(2πξ/Λ)dξ ≡ ≡ (2π)^–1ΛNm₁b₁ ²α₁·sin(2πh₁/Λ) (29)
• Bei h₁ = Λ/4 ist die Funktion F(h₁) und entsprechend die Leistung P_r (27) maximal.
• Jedem Punkt S_1i (S_2i) der unteren (oberen) Hälfte des Gehäuses entspricht der Punkt S_2i (S_1i) der oberen (unteren) Hälfte des Gehäuses ( ). Die Punkte S_1i und S_2i verrichten kleine senkrechten Schwingungen in entgegengesetzten Richtungen mit den Amplituden ϓα₁ (16), d. h. dass das Bündel der Abschnitte S_1iS_2i (mit dem Zentrum im Punkt O) macht Torsionsschwingungen um die horizontale Achse Ox₁ bei der Erhaltung von horizontalen Projektionen 2L der Abschnitte S_1iS_2i; i = 1, 2, ..., n = 50. Da α₁ ² << b₁ ² << L², kann es gelten, dass die Elemente des betrachteten Systems von Punktmassen quadrupole Schwingungen verrichten, die (hauptsächlich) mit den Komponenten D₂₃ des quadrupolen Massenmoments-Tensors charakterisiert werden. Infolge (26) sind die Dichten Π_i der Energieströmung der Gravitationsausstrahlung in den Richtungen Ox_j (wo j = 1, 2, 3; x₁ ≡ x; x₂ ≡ y; x₃ ≡ z), abgemessen in der Entfernung 10L vom Punkt O: Π₁ = 5Π₂ ≈ 18 W/m²; Π₃ ≡ 0, – in Übereinstimmung mit der Behauptung, dass ” ...die Gravitationswellen quer laufende Wellen sind” ([1] §102), und dass das Teilchensystem im Gravitationswellenfeld quadrupole Schwingungen in einer Ebene verrichtet, die lotrecht von der Richtung von Wellenausbreitung ([4] Kap. 5) duchsetzt wird.
• Die letzte Eigenschaft kann für die Zerstörung von Bergarten, die den niedrigen Glättungswiderstand haben, verwendet werden.
• Die Berechnung der Aufwandsleistung P_v in den Systemen V und VI.
• Die mittlere thermische Geschwindigkeit v _e und die freie Weglänge λ_e von Elektronen unter der Bedingungen ES sind ([3] S.190, 178): v _e = (8kT/πm₂)½ = 1,575·10⁵ m/s; λ_e = (λ_e0/760)T/T ' / 0 = 8,555·10^–7 m; λ_e0 = 2,76·10^–4 m (30) wo λ_e0 – die freie Elektronen-Weglänge bei P₀ = 1 Torr und T ' / 0 = 273 K ist.
• Die Frequenzen ν_i von Zusammenstoßen und Beweglichkeit w_i qe₁/(m_i·ν_i) ([3] S.45) (wo q~1) von Ionen Hg⁺ (i = 1) und Elektronen (i = 2) sind mit Verhältnis w₂/w₁ = 18/0,045 ([3] S.191–192)) verbunden; daraus, unter Berücksichtigung (30) finden wir heraus: ν₂ = v _e/λ_e = 1,84·10¹¹ s^–1; ν₁ = (w₂/w₁)ν₂m₂/m₁ = 2,013·10⁸ s^–1. (31)
• Ohne die speziell vorgenommenen Maßnahmen ist die Leistung P_v' unzulässig hoch: P_v' = 4n·E₀ ²V₁ε ~₁ε₀ω/2 = 9,87·10⁵ W (13)–(15), (20), (32) wobei ε ~₁ = 1 – der übliche Koeffizient der relativen elektrischen Durchlässigkeit (KRED) des Mediums ES ist. Jedoch im Fall der Ionenresonanz (ω = ω₁) der Entladung (17) im SHF-Plasma, ist KRED ε – eine imaginäre Größe ([3] S.85-86): ε ≡ 1 – (ω₁/ω)²(1 + jν₁/ω) ≡ –jν₁/ω; j ≡ √–1; P_A ≡ P_v'|ε/ε ~₁| ≡ P_v'ν₁/ν ≡ 2nE₀ ²V₁ε₀ν₁ = 630 W, (33) wobei (bedingt von der Ionenleitung des Plasmas σ ≡ ε₀ν₁) die aktive Leistung P_A wesentlich kleiner ist als die reaktive Leistung P_P, die auf den Kapazitäten von Elektroden und Drähten zerstreut ist.
• Wir berechnen die Kapazität C₁ «des Kondensators», der aus zwei Elektroden besteht, aus dem Substrat der Dicke d₁, das aus Keramik (KRED ε₁) hergestellt ist, und dem System n'₁ von Titan-Gittern 8 mit Durchsichtigkeit ψ, die die Haltbarkeit des Substrates erhöhen und die Kapazität C₁ abbauen: d₁ = 4·10^–3 m; ε₁ = 3,5; ψ = 0,5; n'₁ = 3; C₁ = b₁ ²ε₀ε₁ψ/d₁n'₁ = 1,19·10^–11 F (34)
• Die Kapazität C₂ des Drahtes 13 des runden Schnitts mit dem Radius r (KRED der Isolierung ε₁) und der Länge l: l = 2Λ = 1,2·10^–2 m; r = 2,5·10^–4 m; C₂ = 4πε₀ε₁l/ln(2l/r) = 1,024·10^–12 F. (35)
• Die Kapazität C₃ des Drahtes 14 des runden Schnitts des Radius r' und der Länge l': l' = L – b₁/2 – l + H = 1,14 m; r' = 1·10^–3 m; C₃ = 4πε₀ε₁l'/ln(2l'/r') = 5,742·10^–11 F. (36)
• Die äquivalenten Kapazitäten C_C der Sektion, die aus dem aufeinanderfolgenden und verbundenen «Kondensator» und den Drähten 13 besteht, und dem System C_n von der 4n parallel verbundenen Sektionen, sind: C_c = (C₁ ^–1 + 2/C₂)^–1 = 4,909·10^–13 F; C_n = C_C·4n = 9,818·10^–11 F. (37)
• Die Drähte von den Elektroden eines Schwingungsturms sind mit den Drähten von den anderen Elektroden des sselben Schwingungsturms parallelgeschalten, mit Hilfe von zwei Zuleitungs-Drähten ( ). Diede SAmmelleitungen (deren Länge teilbar durch Λ sind) sind mit entgegengerichteten Polen des Generators verbunden.
• Durch gegensinnigen Anschluß der zentralen Sammelleitungen von beiden Schwingungstürmen an den Polen des Elektro-Generators werden im Ergebnis dadurch die synchronen Gegenbewegungen der Punkte S_1i und S_2i ( ) (i = 1, 2 ..., n = 50) ohne Anwendung entsprechender SHF-Geräte verwirklicht.
• Die äquivalente Kapazität C des Systems von 4n Sektionen und vier Drähten, die reaktive Leistung P_P und die volle Leistung P_V der Systeme V–VI sind: C = (C_n ^–1 + 4/C₃)^–1 = 1,252·10^–11 F; P_P = C(2u)²ω = 2273 W; (14) P_V = P_A + P_P = 2903 W (38)
• Die Beschreibung und Berechnung des Systems III.
• Bei abgenommener Wand eines Schwingungsturms werden drei Tropfen des Quecksilbers der Masse M₁/3 (20) (der Durchmesser des Tropfens d_k = 1,35 mm < h₁) in jeder ES (in eine Delle auf der Fläche der Elektrode 6) mit einer Spritze eingeführt, vorzugsweise automatisiert.
• Danach dichtet die Wand den Hohlraum im Gehäuse, und die Pumpe wird eingeschaltet. Nach Entfernung der Luft aus allen ES (durch die Luftauslaßkanäle in der Wand des Gehäuses) wird die Pumpe (mittels dem System der automatischen Regulierung) abgeschaltet, und der Generator wird auf die volle Leistung P_* = 10⁴ W eingeschaltet.
• Als Ergebnis erwärmen die SHF-Potentiale (11) das System von Elektroden von der Temperatur T₀ = 293 K bis zur Temperatur T = 643 K; die (in den Elektrodendellen liegenden) Tropfen dampfen intensiv aus, und die AM-Dämpfe füllen die Höhlen der Sektionen (und die Luftauslaßkanäle) beim Druck P, der dem atmosphärischen Druck P_H = 1,0133·10⁵ Pascal gleich ist. In Anbetracht, dass 1 Torr = 133,3 Pascal, stellen wir die bekannte Abhängigkeit (12) auf folgende Weise vor: P(T) = 133,3·exp{2,3026[7,752 – 3066/(T – T_Π)]}; T_Π = 13,6 K; T ∊ [573; 1193] K. (39) wobei T = 643 K, P = P_H – die Einstellparameter ARS;
  T_Π – die Solltemperatur der Überhitzung AM.
• Aus der Gleichung (39) folgt, dass die Störungen der Temperatur ES ΔT = ±1 K von den Störungen des Druckes AM ΔP = ±1800 Pascal begleitet werden, die für die Auslösung des Sensors der (reversiblen) Pumpe 10 vollkommen ausreichend sind.
• Die Dicken d_i, die Dichten ρ_i und spezifische Wärmekapazitäten C ~_i der Stoffen (Chromnickel-Legierung und Keramik), die Massen M ~_i , die Mengen ñ_i und Wärmeinhalte H ~_i der Elektroden (i = 0) und Substraten (i = 1) in der Einrichtung sind: d₀ = 2,5·10^–4 m; d₁ = Λ – h₁ – 2d₀ = 4·10^–3 m; ρ₀ = 8300 kg/m³; ρ₁ = 3500 kg/m³; M ~_i = b₁ ²d_iρ_i; M ~₀ = 1,9·10^–2 kg; M ~₁ = 0,13 kg; C ~₀ = 460 J/kg·K; C ~₁ = 1400 J/kg·K; (40) ñ₀ = 400; ñ₁ = 200; H ~_i = C ~_iM ~_i(T – T₀)ñ_i; H ~₀ = 1,22·10⁶ J; H ~₁ = 1,27·10⁷ J; (Wärmeinhalt des AM H ~ ~ 10³ Joul darf nicht berücksichtigt werden)
• Die Dicke der Wand d₂, die Masse des Gehäuses M ~₂ und der Wärmeinhalt von zwei Gehäusen H ~₂ sind: d₂ = Λ = 6·10^–3 m; M ~₂ = [(b₁ + 2d₂)² – b₁ ²]Hρ₁ = 5,14 kg; H ~₂ = 2C ~₁M ~₂(T – T₀) = 5,04·10⁶ J. (41)
• Die thermische Leitfähigkeit λ und die Dicke d₃ der Thermoisolierung – der Quarzfaser, die Leistung P_T der thermischen Verluste von der Gehäusen-Oberfläche mit der Fläche S_T und die (bedingte von der Leistung P_* des Elektro-Generators) Dauer t₃ des Starts des Systems III sind: λ = 0,037 W/m·K; d₃ = Λ; S_T = 2[4(b₁ + 2d₂ + 2d₃)H + 2(b₁ + 2d₂ + 2d₃)²] = 0,63 m²; P_* = 10⁴ W; P_T = S_T(T – T₀)λ/d₃ = 1360 W; t₃ = (Σ 2 / i=0H ~_i)/(P_* – P_T) = 2190 s = 36 min; η = P_r/P_* = 0,35, (42) wobei der Wirkungsgrad der Einrichtung (9) η von der Leistung des verwendeten Generators 9 abhängt.
• Die Berechnung des Systems IV.
• Die Wahrscheinlichkeit W_u der Ionisierung des Quecksilber-Atoms im Gefolge von Zusammenstoß hängt von den Potentialen u, u₁ (14)([3] S.186) ab: W_u = A(u – u₁)exp[(u₁ – u)/B] = 1,354·10^–2, A = 8,6·10^–3 V^–1, B = 100 V, u – u₁ = 1,6 V. (43)
• In jene Zeiträume Δt, wo das Potential der Elektrode 5 (6) ucosωt > u₁ ist, ionisiert sich die obere (untere) Schicht der Atome AMs, und die Ionen Hg⁺ werden von dem Elektroden-Potential nach unten (nach oben) abgestoßen. Dabei kann die durchschnittliche Frequenz ν+ positiver Ionisierung so ausgerechnet werden: cosωt ∊ (u₁/u; 1]; Δt = ω^–1arccos(u₁/u) = 1,66·10^–12 s; ν+ = ½W_u/Δt = 4·10⁹ s^–1 (44)
• Nach Ablauf einer Halbperiode der Schwingung π/ω = 10^–11 s ändert sich die Elektroden-Polarität, aber die negative Ionisierung der Atome AM geschieht nicht, da die Emission von Elektronen aus der nitrierten Oberfläche der Elektrode wegen u < u₂ (14) fehlt.
• Die Frequenz ν– der Rekombinierung von Ionen Hg⁺ und der Bildung von Ionen Hg^– ist zu der Frequenz ν₂ (31) von Zusammenstoßen der Elektronen mit dem Probeteilchen und zu der Rekombinierung-Wahrscheinlichkeit W_p proportional: W_p = 760 W₀T_H/T ~ 10^–4; W₀ ~ 10^–6; ν_– = W_pν₂ ~ 10⁷ s^–1; (ν₊/ν_–) ~ 10², (45) wobei W₀ – die Wahrscheinlichkeit der Rekombinierung beim Druck AM 1 Torr und bei der Temperatur T_H = 273 K ([3] S.189) ist; das letzte Ergebnis (45) entspricht der totalen einfachen positiven Ionisierung AM in der Zeit t₃ (42), da das Potential der doppelten Ionisierung des Atomes des Quecksilbers u ₂ = 19 V > u wäre.
• Somit funktionieren die Systeme III–IV von der Energie des SHF-Generators mit der Leistung P_* = 10 Kilowatt. Die Antriebsleistungen von zwei Pumpen und des Systems der automatischen Regulierung sind im Vergleich zu P_* niedrig.
• Literatur
• 1. Landau Lev D. The classical theory of fields. Transl. from Russian. Oxford (u. a.), Pergamon Press, 1975.
• 2. Landau Lev D. Mechanik. Braunschweig [u. a.], Vieweg [u. a.], 1969
• 3. Lewitskij S. M. Die Aufgaben und Berechnungen in physikalischen Elektronik. (In russischer Sprache) Universität-Verlag. Kiev, 1964.
• 4. Chiu, Hong-Yee. Gravitation and relativity, New York [u. a.], Benjamin, 1964.
• Bezugszeichenliste

1

Vorrichtung

2

Schwingturm

3

Fundament

4

Längsachse

5

Gehäuse

6

Zwischenboden

7

Kammer

8

obere Elektrode

9

untere Elektrode

10

Ausbuchtung

11

Quecksilbertropfen

12

Leitungssystem

13

Pumpe

14

SHF-Generator

15

Drähte

16

Drähte

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• US 3722288 [0005]
• US 5646728 [0006]
• US 6417597 [0007]
• RU 2184384 [0008, 0064]
• Zitierte Nicht-Patentliteratur
• „Allgemeine Relativitätstheorie”, 3. Auflage 1998, Kapitel 36, S. 197 [0012]

Claims (19)

1. Vorrichtung (1) zur Erzeugung von Gravitationswellen, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, um ein Plasma zu erzeugen und dessen Ionen (11) in hochfrequenten Schwingungen mit einer Frequenz f zu versetzen.
2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein elektrisches Wechselfeld, welches die Ionen (11) zu hochfrequenten Schwingungen der Frequenz f anregt.
3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungsanregung der Ionen (11) in einem derartigen Muster erfolgt, dass davon eine Gravitationswelle mit transversaler Quadrupolcharakteristik abgestrahlt wird.
4. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Plasma (11) in kleinen Schwingungsräumen (7) aufgenommen ist, deren Erstreckung (h₁) in Richtung der Ionen-Schwingung größer ist als die doppelte Schwingungsamplitude (a) der mit der Frequenz f schwingenden Ionen (11), aber kleiner als die Schwingungsamplitude der mit der selben Frequenz f schwingenden Elektronen.
5. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Plasma (11) aus verdampftem und ionisiertem Quecksilber besteht.
6. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schwingungsraum (7) zwei Elektroden (8, 9) aufweist zum Anlegen einer elektrischen Wechselspannung zwecks Erzeugung eines elektrischen Wechselfeldes.
7. Vorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (8, 9) aus einem Werkstoff mit einer besonders hohen Austrittsarbeit bestehen und/oder mit einem derartigen Werkstoff beschichtet sind.
8. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (8, 9) aus einer Nickellegierung bestehen, insbesondere aus einer Chromnickellegierung.
9. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (8, 9) eine nitrierte Oberfläche aufweisen.
10. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehrere Schwingungsräume (7) in Richtung (4) der hochfrequenten Ionenschwingung hintereinander geschalten sind, bspw. zu einer Art Schwingungssäule (2).
11. Vorrichtung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehrere Schwingungssäulen (2) vorgesehen sind.
12. Vorrichtung (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Schwingungssäulen (2) einen Abstand aufweisen, der gleich oder größer ist als die halbe Wellenlänge Λ/2 = c/2f der erzeugten Gravitationswelle.
13. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ionen (11) in benachbarten Schwingungssäulen (2) zu zeitlich phasenversetzten Schwingungen angeregt werden.
14. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelpunkte benachbarter Schwingungssäulen (12) und/oder der darin schwingenden Ionen (11) auf einer gemeinsamen Mittelpunktslinie liegen.
15. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachsen (4) benachbarter Schwingungssäulen (12) in einer gemeinsamen Ebene liegen.
16. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachsen (4) benachbarter Schwingungssäulen in Ebenen liegen, welche einander entlang der Mittelpunktslinie unter einem Winkel von etwa 90° schneiden.
17. Vorrichtung (1) zur Erzeugung von Gravitationswellen (hauptsächlich mit der Superhochfrequenz (SHF) ω = 2πc/Λ ≈ 3·* 10¹¹ s^–1, wobei Λ ≈ 6·*10^–3 m die Wellenlänge ist und c die elektrodynamische Konstante), mit a) zwei Systemen (I und II), welche Massen von beweglichen Teilchen des Arbeitsmediums (zum Beispiel Dämpfe des Quecksilbers) enthalten, deren Zentren (von den beweglichen Teilchen-Massen der Systeme I und II) bzw. Schwerpunkte (S₁ und S₂) – werden in vorgegebenen Entfernungen L von der vertikalen, durch den Punkt 0 (dem Zentrum bzw. Schwerpunkt der beweglichen Teilchen-Massen beider Systeme I und II) verlaufenden Ebene (x₁–x₃), von zwei vertikalen, vorzugsweise keramischen, thermoisolierten, hermetisch geschlossenen Gehäusen (2) (vorzugsweise mit den Hohlformen von quadratischem Querschnitt mit der Kantenlänge b₁ und der Grundfläche b₁ ² << L²) festgehalten; b) einem System (III) zur Einstellung der Solltemperatur (T) und des Drucks (P) des Arbeitsmediums; c) einem System (IV) zur vollen Ionisierung des Arbeitsmediums; d) einem System (V) zur Erzeugung von ungedämpften (kontinuierlichen) Ionen-Schwingungen in (vertikaler) Richtung (x₃) mit einer Frequenz ω = ω₁ und einer Amplitude a₁ < 0,1 c/ω, wobei ω₁ ≡ [Pe₁ ²/(kTm₁ε₀)]^½ die Eigenfrequenz der Plasmaschwingungen von Ionen der Masse m₁ und der Ladung e₁ ist, während k die Boltzmann-Konstante und ε₀ die elektrische Konstante ist; e) einem System (VI) zur Einhaltung einer Gesetzmäßigkeit der Bewegung der Massenzentren (M) um die Punkte (S₁ und S₂); dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Ziel der Realisierung von Torsionsschwingungen des Abschnittes (S₁–S₂) um die (horizontale) Achse (x₁) mit einer Frequenz ω (bei etwa konstanter Länge 2L der horizontalen Projektion des Abschnittes S₁–S₂), und mit dem Ziel, in der Wellenzone, d. h. in Entfernungen R ~ 10L vom Ursprung 0, eine genügend hohe Dichte Π, (x) des (entlang der Achse x₁) ausgerichteten Energiestroms Π, (R) > 10 W/m² der Gravitationswellen zu realisieren, die Hohlform des Gehäuses (2) durch ein periodisches System von flachen, horizontalen Elektroden in n Sektionen mit der Periode h (die Entfernung zwischen ähnlichen Elementen der angrenzenden Sektionen) unterteilt ist, wobei die Periode h gleich der Wellenlänge Λ ist: h = Λ = 4h₁, wobei h₁ die Höhe der Entladungsstrecke zwischen benachbarten Elektroden ist, (diese Entladungsstrecke ist so gestaltet, dass die Möglichkeit besteht, einen Tropfen des Arbeitsemdiums (bspw. Quecksilber) der gegebenen summarischen Masse M₁ = M/n, darin einzuführen), wobei die oberen (bzw. unteren) Elektroden jeder Sektion eines Gehäuses (2a) parallel mit den unteren (bzw. oberen) Elektroden jeder Sektion des anderen Gehäuses (2b) mit Hilfe von Drähten (15, 16) von vorgegebenen Soll-Längen, die durch die Wellenlänge Λ teilbar sind, verbunden sind, wobei die Drähte (15, 16) mit je einem Anschluß an einem der Pole einer Spannungsquelle (14) mit der oszillierenden SHF-Spannung u(t) = u·cos(ωt) verbunden sind, wobei u der Amplitudenwert des Elektroden-Potentials ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (der Dicke d₀) paarweise an den Zwischenebenen des gesamten keramischen Substrates mit einer Dicke d₁ von jeweils d₁ = 3 Λ/4 – d₀ mittels eines armierenden Metallgittersystems von vorgegebener Maschenweite befestigt sind.
19. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass (durch Zusammenschließen der Systeme III und IV), an der Arbeitsebene einer aus einer Chromnickellegierung hergestellten Elektrode Stickstoff-Atomen adsorbiert sind, wobei die Amplitude |u| des Elektroden-Potentials aus der Bedingung u₁ < |u| < u₂ übernommen ist, und wobei u_i die Potentiale der einfachen positiven Ionisierung der Atome des Quecksilbers (i = 1) und des Stickstoffes (i = 2) sind.

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