Įsivaizduokite kosminį užtrauktuką: erdvė-laiko siūlės, kurios staiga nutrūksta ir vėl persiūva, tuo pačiu išlaisvindamos energiją. Šis vaizdinys yra artimiausia kasdienė metafora, kurią tyrėjai naudoja apibūdinti naujai siūlomam būdui, kaip gravitacija gali perduoti energiją materijai, idėjai, kurią autoriai vadina „gravitacine rekonekcija“.
Idėja kilo iš keisto matematiniio posūkio. Luca Comisso iš Kolumbijos universiteto ir Felipe A. Asenjo iš Universidad Adolfo Ibáñez pertvarkė Einšteino lauko lygtis ir aptiko modelius, primenančius plazmų aprašymo lygčių struktūras — plazmos yra karštos, elektriškai įkrautos dujos, kurios apšviečia žvaigždes ir formuoja Saulės sistemą. Plazmoje magnetinės lauko linijos gali tempytis, lūžti ir vėl susijungti smurtiniuose epizoduose, vadinamuose magnetine rekonekcija. Tokie įvykiai maitina saulės žybsnius ir pagreitina daleles iki didelių greičių. Ar gravitacija gali daryti panašiai?
„Magnetinė rekonekcija yra tada, kai šios lauko linijos tam tikroje konfigūracijoje nutrūksta ir vėl prisijungia kitaip,“ Comisso yra paaiškinęs anksčiau interviuose. Kai vyksta toks pertvarkymas, saugota magnetinė energija išsilieja į daleles. Comisso ir Asenjo teigia, kad keturmatėje erdvė-laiko geometrijoje gravitaciniai laukai nesudaro vienmatis linijų, o dvimatės plokštumos. Jei tos plokštumos pakeičia savo sujungimus, matematika rodo, kad energija gali tekėti iš gravitacinio lauko į materiją.
Analogiška yra naudinga, bet netobula. Erdvė-laikas nėra audinys, kurį galima paliesti. Tos aprašomos plokštumos yra matematinės struktūros — plokštumos, susidarančios išplečiant linijos sąvoką viena dimensija. Vis dėlto lygtys atskleidžia realius apribojimus: paslėptus ryšius, kurie nurodo, kaip šios plokštumos gali susijungti ir evoliucionuoti. Jie nėra akivaizdūs, kai Einšteino lygtys rašomos įprastinėmis kintamosiomis, tačiau išryškėja po kruopštaus matematinio perspektyvos pakeitimo.
Asenjo pabrėžia, kad tai yra apribojimai leidžiamam elgesiui, o ne reiškinių meniu, kuriuos visada pamatysite. „Einšteino lygtys talpina apribojimus, kaip erdvė-laikas gali evoliucionuoti, kurie nėra akivaizdūs iš karto,“ sako jis. Lygčių perrašymas apšviečia tuos apribojimus ir atveria kelią tirti, ką rekonekcija gali daryti ekstremaliose aplinkose.
Kodėl visa tai svarbu? Pagalvokite apie juodųjų skylių susijungimą. Kai dvi juodosios skylės sukasi ir susilieja, pati erdvė-laikas yra smarkiai iškreipiama. Skaitmeninė reliatyvumo teorija, t. y. didelio masto kompiuterinės simuliacijos, išlieka pagrindiniu būdu, kuriuo fizikai prognozuoja tokių kataklizmų sukeltas gravitacines bangas. Tačiau jei yra įdiegtos taisyklės apie tai, kaip gravitacinės struktūros privalo susirekonfigūruoti ar susijungti, tos taisyklės galėtų sutrumpinti tai, ką simuliacijos turi tirti, atskleidžiant dėsningumus be kiekvieno mikroskopinio posūkio skaičiavimo.
Trumpai tariant: matematika užuomina, kad gravitacija gali kaupti, o tada staiga atiduoti energiją reorganizuodama pačios erdvė-laiko geometriją.
Studija paskelbta žurnale Physical Review D ir remiasi ankstesniu darbu su Maricarmen A. Winkler, kuriame buvo identifikuoti panašūs paslėpti apribojimai. Autoriai atsargiai pabrėžia idėjos teorinį statusą. Gravitacinė rekonekcija šiuo metu yra matematinė galimybė. Didieji klausimai lieka: ar ji iš tiesų vyksta astrofiziniuose kontekstuose, kiek energijos gali būti perduota ir ar ji gali palikti atpažįstamus pėdsakus gravitacinėse bangose, kurias mes aptinkame?
Stebėjimų požiūriu durys paliktos pravertos. Gravitacinių bangų observatorijos, tokios kaip LIGO ir Virgo, jau fiksuoja juodųjų skylių ir neutronų žvaigždžių susidūrimus. Jei rekonekcija turi būdingus požymius — netikėtą pliūpsnį signale arba modelį, kaip energija perskirstoma susijungimo metu — ateities duomenys gali nešti jos pėdsakus. Tačiau tokių efektų atskyrimui reikės sumanių teorinių modelių ir kruopščių kryžminių patikrinimų.
Teoriniai tęsiniai išnagrinės, kur paslėpti apribojimai yra stipriausi ir kada rekonekcija greičiausiai įsijungs. Ar ji apsiribos smarkiausiais Visatos kampeliais, ar ar švelnesnės formos gali vykti aplink tankias žvaigždes arba ankstyvojoje Visatoje? Kol kas fizikai atvėrė naują langą į Einšteino šimtmečio lygtis, langą, kuris permąsto gravitaciją ne tik kaip erdvės išlinkimą, bet ir kaip potencialų dalyvį energetiniuose pervedimuose, kurie anksčiau buvo laikomi būdingais elektromagnetinėms plazmoms.
Ši idėja primena: net ir lygtys, kurias manome suprantantys, gali nustebinti, kai jas pažvelgiama nauja perspektyva. Kas bus toliau, parodys, ar gamta, kaip ir matematika, yra linkusi atsisegti erdvė-laiko audinį.
Palikti komentarą
Komentarai
Komentarų dar nėra. Būkite pirmas.