Физики Лука Комиссо из Колумбийского университета и Фелипе А. Асенхо из чилийского университета Адольфо Ибаньеса теоретически описали процесс, при котором гравитационные поля способны разрываться и соединяться заново, подобно магнитным линиям. Это открытие, опубликованное в журнале Physical Review D, предлагает новый взгляд на фундаментальные уравнения Альберта Эйнштейна.
Уравнения Эйнштейна по-новому
Авторы работы переписали общую теорию относительности Альберта Эйнштейна в альтернативной математической форме с использованием тетрадного формализма. Как пояснил Фелипе А. Асенхо, уравнения Эйнштейна содержат скрытые ограничения на эволюцию пространства-времени, которые становятся заметны только при таком подходе. Ученые подчеркивают, что их работа выявляет принципы, которые оставались неизученными более столетия.
«Гравитация и магнетизм описывают совершенно разные аспекты природы, поэтому нет никаких очевидных причин ожидать, что они будут вести себя одинаково», — заявил Лука Комиссо, младший научный сотрудник департаментов астрономии и физики Колумбийского университета и Колумбийской астрофизической лаборатории.
младший научный сотрудник департаментов астрономии и физики Колумбийского университета и Колумбийской астрофизической лаборатории
По словам Комиссо, при выражении уравнений Эйнштейна в специфической математической форме некоторые принципы, управляющие магнитными полями, начинают проявляться и в гравитации. Этот математический каркас, напоминающий физику плазмы, позволяет применять аналитические методы для изучения гравитационных полей.
Четырехмерные листы пространства-времени
В отличие от трехмерных магнитных полей, которые визуализируются как линии, гравитация в четырехмерном пространстве-времени описывается через «гравитационные полевые листы». Как объясняет Комиссо, добавление одного измерения к линии превращает ее в плоскость. Эти листы являются математическими структурами, помогающими визуализировать поле, а не физическими поверхностями, которые буквально разрываются.
Исследователи проанализировали, что происходит, когда «замороженные» условия, сохраняющие целостность гравитационных структур, нарушаются. В таких случаях листы могут изгибаться, растягиваться и разрываться, перестраиваясь в новую конфигурацию. Этот процесс, названный «гравитационным переподключением», меняет связи между регионами пространства-времени и позволяет энергии переходить из гравитационного поля в материю.
«Листы гравитационного поля могут разрываться и соединяться заново в иной конфигурации, подобно тому как это происходит с магнитными силовыми линиями в плазме», — отметил Лука Комиссо.
младший научный сотрудник департаментов астрономии и физики Колумбийского университета и Колумбийской астрофизической лаборатории
Ученые также установили, что переподключение изменяет гравитационную спиральность — аналог величины, измеряющей степень перекрученности магнитных силовых линий. Работа развивает предыдущие исследования, в которых участвовала Марикармен А. Винклер из университета Адольфо Ибаньеса, где были заложены основы понимания того, как гравитационные поля могут сохранять свои связи при эволюции пространства-времени.
Астрофизические применения
Открытие имеет потенциальное значение для изучения экстремальных астрофизических сред, таких как столкновения черных дыр. В таких условиях пространство-время претерпевает искажения, и понимание механизма переподключения может помочь ученым выявить закономерности передачи энергии, которые ранее были скрыты. Исследователи планируют выяснить, оставляет ли гравитационное переподключение узнаваемую сигнатуру в гравитационных волнах, фиксируемых обсерваторией LIGO.
На текущем этапе гравитационное переподключение остается теоретической концепцией. Как отмечают авторы, ключевой задачей на будущее является поиск наблюдательных доказательств этого явления и понимание того, как оно влияет на динамику сильных гравитационных полей. Работа получила финансовую поддержку со стороны Национального научного фонда и NASA.
Ещё по этой теме
