Дослідження показує, що гравітація може розриватися та відновлюватися, як магнітні поля

Розрахунки належать фізикам Луці Комісо з Колумбійського університету та Феліпе Асенхо з Університету Адольфо Ібаньєса в Чилі. За їхніми висновками, гравітаційні поля за певних умов можуть розриватися й з'єднуватися в нових конфігураціях, подібно до магнітних полів, пише ScienceAlert.

Ми не змінюємо загальну теорію відносності й не вводимо нової фізики за її межами. Ми визначаємо фізичні принципи, які понад століття залишалися непоміченими– прокоментував фізик Колумбійського університету Лука Комісо.

Як гравітація може "перез'єднуватися"?

За теорією відносності гравітацію описує поле, тобто викривлення простору-часу, яке створюють маса та енергія. Воно впливає на рух матерії та світла. Рівняння цієї теорії дозволяють передбачати і викривлення променів зірок, і гравітаційні хвилі від зіткнень чорних дір, а також не раз витримали перевірки.

Магнітні поля на Сонці працюють інакше. Їхні переплутані лінії пронизують заряджену сонячну плазму, можуть розірватися й з'єднатися наново. Цей процес називають магнітним перез'єднанням, і саме він вивільняє енергію сонячних спалахів.

Дослідники давно підозрювали, що гравітація має спільні риси з магнітними полями, бо рівняння Ейнштейна можна переписати у формі, схожій на рівняння електромагнетизму. Проте до кінця аналогії вони не бачили.

Середні ціни в мережі АЗС «Amic Energy» станом на

Усе змінилося після попередньої праці, яку Комісо й Асенхо опублікували разом з Маркарменом Вінклер з Університету Адольфо Ібаньєса. Розрахунки показали, що за певних умов гравітаційні зв'язки між різними ділянками наче заморожені й зберігаються, навіть коли простір-час змінюється. У плазмі магнітні поля поводяться так само.

Тоді вчені повернулися до рівнянь Ейнштейна й перевірили, що буде, коли ці умови порушаться. Виявилося, що поля можуть перез'єднатися в нових конфігураціях. Процес відповідно назвали гравітаційним перез'єднанням.

За словами Комісо, гравітаційне поле утворює не лінії в тривимірному просторі, а листи в чотиривимірному просторі-часі (три виміри простору й один час). Як і лінії магнітного поля, вони не фізичні об'єкти, а математичні структури, які допомагають уявити поле. Вони можуть розтягуватися, згинатися й за певних умов розриватися та з'єднуватися по-іншому. Це не означає, що простір-час розривається. Зміна стосується лише того, як з'єднані різні його ділянки.

Навіщо це потрібно, якщо побачити явище неможливо?

Відчути або помітити такий ефект навряд чи вдасться. Навіть гравітаційні хвилі від зіткнення чорних дір змінюють довжину плечей детектора LIGO (4 кілометри) менш ніж на ширину протона.

Користь відкриття в іншому. Суперкомп'ютери вже моделюють зміни простору-часу під час злиття чорних дір чи колапсу зірок, але самі розрахунки не пояснюють, як саме передається енергія. З Сонцем так само. Фізики можуть змоделювати поведінку плазми, а магнітне перез'єднання пояснює, чому вона вивільняє енергію.

Так само як магнітне перез'єднання змінило наше розуміння того, як вивільняється магнітна енергія в плазмі, гравітаційне перез'єднання може стати настільки ж потужним підходом до розуміння того, як гравітаційні поля еволюціонують і обмінюються енергією та імпульсом із матерією– додав Комісо.

Де шукати сліди гравітаційного перез'єднання?

Поки що це лише теоретична можливість, а не явище, яке спостерігали в природі. Дослідники припускають, що воно може траплятися в різних астрофізичних умовах, як-от під час злиття чорних дір або колапсу зір. Комісо додає, що чисельні симуляції допоможуть визначити умови, за яких воно виникає, і прослідкувати, як воно розвивається.

Особливо цікава можливість полягає в тому, що перез'єднання може залишати характерний слід у гравітаційних хвилях зливання чорних дір. Тоді симуляції підкажуть, що саме шукати в даних. За словами фізика, його команда заклала теоретичну основу, але ще має з'ясувати, за яких точних умов процес відбувається в природі та яку роль відіграє в астрофізичних явищах. Саме на це питання вчені хочуть відповісти далі.