Аннотация:
Исследовательская группа из Колумбийского университета в США и Университета Адольфо Ибаньеса в Чили недавно предложила новую теоретическую основу, полагая, что гравитационное поле в общей теории относительности Эйнштейна может иметь механизм выделения энергии, который ранее не был полностью понят. Исследователи назвали этот процесс «Гравитационное пересоединение» и полагают, что он может воссоединить структуру пространства-времени и передать энергию гравитационного поля материи.
Исследование, опубликованное в журнале Physical Review D, провели физик Лука Комиссо из Колумбийского университета и Фелипе А. Асенхо из Университета Адольфо Ибаньеса в Чили. Исследования обнаруживают неожиданную математическую связь между гравитацией и поведением плазмы. Плазма — это газ, состоящий из заряженных частиц, широко распространенный в звездах и космической среде.
Исследователи отметили, что в плазме силовые линии магнитного поля постоянно растягиваются и скручиваются. Когда достигается определенное состояние, эти силовые линии магнитного поля разъединяются и вновь соединяются новыми способами — процесс, называемый «магнитным пересоединением». Магнитное пересоединение может быстро высвободить энергию, изначально хранившуюся в магнитном поле, и является одним из важных движущих механизмов бурных небесных явлений, таких как солнечные вспышки.
Когда линии магнитного поля разрываются и снова соединяются в определенных конфигурациях, энергия, запасенная в магнитном поле, высвобождается и передается частицам в плазме, вызывая интенсивные всплески и высокоэнергетические явления, объяснил Комизо.
Однако гравитация не подчиняется тому же механизму, что и магнитные поля. Согласно теории Эйнштейна, гравитация не существует в обычном трехмерном пространстве, а отражается в четырехмерной структуре пространства-времени. Следовательно, гравитационное поле не соответствует «линии», как магнитное поле, а больше похоже на «поверхность» или «лист», составленный из большого количества линий.
Комиссо заявил, что если добавить к линии одно измерение, она образует плоскость. Следовательно, эти гравитационные структуры можно понимать как «кусочки пространства-времени», состоящие из множества линий. Эти листы не являются реальными физическими поверхностями, а скорее математическими структурами. Когда условия, поддерживающие их связь, разрушаются, эти листы также могут вновь соединиться, позволяя энергии гравитационного поля передаваться материи.
Исследовательская группа смогла открыть это явление, потому что они переформулировали уравнения Эйнштейна, используя различные математические переменные, и обнаружили значительное сходство между этими уравнениями и уравнениями, описывающими поведение плазмы. Результаты основаны на предыдущей работе исследовательской группы. Ранее они обнаружили ранее неизвестный набор важных ограничений, управляющих эволюцией пространства и времени.
Асенджо сказал, что уравнения Эйнштейна на самом деле содержат множество ограничивающих правил эволюции пространства и времени, но эти правила не очевидны напрямую. Раскрывая эти скрытые свойства, исследователи начинают понимать фундаментальные законы, управляющие процессом гравитационного пересоединения.
Комиссо также отметил, что многие важные выводы на самом деле скрыты внутри уравнений и их трудно обнаружить, просто прочитав уравнения напрямую. Только реорганизовав эти уравнения с использованием различных математических выражений, люди смогут обнаружить лежащее в их основе поведение и законы.
Исследователи полагают, что это открытие может сыграть роль в изучении процесса слияния черных дыр в будущем. Когда две черные дыры сталкиваются и сливаются друг с другом, чрезвычайно мощная гравитация серьезно искажает окружающее пространство-время. В настоящее время ученые в основном полагаются на крупномасштабное компьютерное моделирование для прогнозирования сигналов гравитационных волн, создаваемых такими событиями, а детекторы гравитационных волн, такие как LIGO, предназначены для улавливания этих колебаний.
Ожидается, что эти недавно обнаруженные пространственно-временные ограничения помогут физикам в будущем заранее определить модели поведения, которым необходимо удовлетворять в ходе эволюции гравитационного поля, без полного расчета всех деталей. Исследователи говорят, что даже без выполнения полных численных расчетов они все равно могут предсказать, как будет развиваться пространство-время, основываясь на этих ограничениях, и определить законы, которым оно должно следовать.
Однако «гравитационное пересоединение» все еще остается теоретическим открытием. Следующим шагом исследовательской группы является проверка того, действительно ли этот процесс существует в небесной среде Вселенной, оценка того, сколько энергии он может высвободить и передать, а также дальнейшее изучение того, оставит ли он наблюдаемые особенности в сигнале гравитационных волн.
Исследовательская работа «Воссоединение гравитационных полей» была опубликована 28 октября 2026 года. Проект получил поддержку Национального научного фонда (NSF) и Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА).
Комментарии