نگاهی تازه به معادلات انیشتین نشان می دهد که گرانش می تواند مانند میدان مغناطیسی خورشید دوباره به هم متصل شود.

اتصال مجدد مغناطیسی - فرآیندی که در پس شدیدترین فوران های خورشید است - ممکن است مشابهی در گرانش داشته باشد.

بر اساس یک مطالعه نظری جدید، ساختارهای ورقه مانند در میدان گرانشی می توانند از هم جدا شوند و در ترتیبات جدیدی دوباره به هم متصل شوند، دقیقا مانند خطوط میدان مغناطیسی که شعله های خورشیدی را آزاد می کنند.

این مطالعه که به طور کامل بر اساس نظریه نسبیت عام آلبرت انیشتین ساخته شده است، مشخص می کند که این "اتصال مجدد گرانشی" چه زمانی می تواند اتفاق بیفتد. همچنین راهی برای اندازه‌گیری سرعت انجام اتصال مجدد نظری ارائه می‌دهد و تغییری در نحوه مبادله گرانش و ماده با انرژی را پیشنهاد می‌کند. محققان پیشنهاد می کنند که این فرآیند حتی می تواند در برخورد سیاهچاله ها نقش داشته باشد.

از شراره های خورشیدی گرفته تا فضا-زمان

خطوط میدان مغناطیسی معمولا به پلاسما - گاز داغ و باردار الکتریکی که ستاره‌ها را می‌سازد - «یخ زده» می‌شوند و به هر کجا که جریان دارد منتقل می‌شوند. خطوط را می توان کشید و پیچ خورد، اما نمی توان آن را برش داد. در جایی که این قانون شکسته می‌شود، آنها می‌توانند در فرآیندی به نام اتصال مجدد مغناطیسی به هم بپیوندند و انرژی خاموش را در انفجارهای انفجاری مانند شراره‌های خورشیدی آزاد کنند.

لوکا کومیسو، اخترفیزیکدان دانشگاه کلمبیا و اولین نویسنده این مطالعه، از طریق ایمیل به Live Science گفت: «در فیزیک پلاسما، اتصال مجدد به بخش مهمی از درک ما از نحوه سازماندهی مجدد میدان‌های مغناطیسی و تبادل انرژی با ماده تبدیل شده است. "آیا چیزی مشابه می تواند برای گرانش درست باشد؟"

کومیسو گفت: "گرانش و مغناطیس جنبه های بسیار متفاوتی از طبیعت را توصیف می کنند، بنابراین هیچ دلیل واضحی وجود ندارد که انتظار داشته باشیم آنها رفتاری مشابه داشته باشند." اما وقتی معادلات انیشتین را به شکل ریاضی خاصی بیان می کنیم، برخی از همان اصول حاکم بر میدان های مغناطیسی نیز در گرانش ظاهر می شوند.

Comisso و یکی از نویسندگان مطالعه Felipe Asenjo، فیزیکدان دانشگاه آدولفو ایبانیز در شیلی، از یک چارچوب ریاضی به نام فرمول تتراد استفاده کردند. کومیسو توضیح داد: «نظریه انیشتین گرانش را از طریق هندسه فضا-زمان توصیف می کند. اما در فرمول تتراد، "جنبه های خاصی از گرانش را می توان از طریق مقادیری شبیه میدان های الکتریکی و مغناطیسی بیان کرد."

در مطالعه قبلی که در اوایل سال جاری در مجله Physical Review Letters منتشر شد، محققان این چارچوب را برای گرانش اعمال کردند. آن مطالعه نشان داد که میدان های گرانشی می توانند ساختارهای دو بعدی به نام صفحات میدان گرانشی را تشکیل دهند. از دو بعد ورق ها، یکی در فضا و دیگری در طول زمان امتداد می یابد - بنابراین هر ورق دنباله ای است که یک خط با گذر زمان از خود می گذارد. بنابراین، یک عکس فوری در هر لحظه، هر صفحه را به عنوان یک خط، شبیه به خطوط میدان کشیده شده در اطراف آهنربا، می گیرد.

و مانند خطوط میدان مغناطیسی منجمد شده به پلاسما، "تحت شرایط خاص، این صفحات بدون شکستن یا تغییر نحوه اتصالشان تکامل می یابند."

تصویری که خطوط میدان مغناطیسی خورشید را بر روی تصویری که توسط رصدخانه دینامیک خورشیدی ناسا گرفته شده است، نشان می دهد. هنگامی که حلقه های مغناطیسی تا حد خود کشیده می شوند، به هم می خورند و دوباره به هم متصل می شوند و باعث ایجاد شعله های خورشیدی می شوند. (اعتبار تصویر: NASA/SDO/AIA/LMSAL) سیم کشی مجدد گرانش

در مطالعه جدید که در 28 اکتبر در مجله Physical Review D منتشر شد، محققان دریافتند که همیشه اینطور نیست. کومیسو می‌گوید: صفحات میدان گرانشی می‌توانند با آرایشی متفاوت بشکنند و دوباره به هم وصل شوند، درست مانند خطوط میدان مغناطیسی در پلاسما.

محققان نشان دادند که شکستن قانون منجمد به خودی خود اتصال مجدد را تضمین نمی کند. گاهی اوقات، صفحات صرفا نسبت به جریانی که آنها را حمل می کند، می لغزند و دست نخورده می مانند زیرا در جریان دیگری منجمد می مانند. اتصال مجدد واقعی تنها زمانی اتفاق می افتد که چنین جریان جایگزینی وجود نداشته باشد.

کومیسو گفت: "ما همچنین معادلاتی را استخراج کردیم که توصیف می کند این اتصال مجدد با چه سرعتی می تواند رخ دهد و چگونه می تواند بر انتقال انرژی و تکانه تاثیر بگذارد." در نسبیت عام، گرانش و ماده می توانند انرژی و تکانه را مبادله کنند، تنها در مجموع مجموع آنها حفظ شده است. این مطالعه نشان می دهد که اتصال مجدد نرخ محلی آن مبادله را تغییر می دهد.

اتصال مجدد همچنین مارپیچ گرانشی را تغییر می دهد، همتای گرانشی کمیتی که میزان پیچ خوردگی و به هم پیوسته بودن خطوط میدان مغناطیسی را اندازه می گیرد. ورق های منجمد شده مارپیچی خود را ثابت نگه می دارند، اما اتصال مجدد می تواند آن را ایجاد یا از بین ببرد.

یافته ها نیازی به فیزیک جدید ندارند. کومیسو می گوید: «همه چیز از نسبیت عام اینشتین ناشی می شود.

او افزود: «اینشتین نظریه خود را بیش از یک قرن پیش توسعه داد و آزمایش‌های آزمایشی فوق‌العاده‌ای را پشت سر گذاشت.» با این حال، حتی پس از گذشت بیش از یک قرن، هنوز بینش های جدیدی از همان معادلات به دست می آید.

سرنخ هایی از برخورد سیاهچاله ها

داستان های مرتبط

چرا نمی توانیم بفهمیم گرانش چقدر قوی است؟

گرانش می تواند به نور تبدیل شود، مقاله فیزیک جالب توجه نشان می دهد

"هیچ تعارضی بین فیزیک کوانتومی و گرانش وجود ندارد": فیزیکدانان ثابت کردند که "شادترین اندیشه" انیشتین در مقیاس کوانتومی صادق است.

اینکه چه چیزی می تواند باعث اتصال مجدد گرانشی در طبیعت شود، یک سوال باز باقی مانده است. در میان کاندیداهایی که محققان پیشنهاد کردند، می‌توان به تکینگی‌هایی اشاره کرد که تصور می‌شود در قلب سیاه‌چاله‌ها کمین کرده‌اند و اثر ترکیبی امواج گرانشی که برای ردیابی جداگانه بسیار کوچک هستند. اثرات کوانتومی مرتبط با تشعشعات هاوکینگ - درخشش ضعیفی که پیش‌بینی می‌شود سیاه‌چاله‌ها ساطع کنند - نیز می‌تواند نقش داشته باشد.

کومیسو گفت: "ما هنوز در آغاز هستیم، اما یکی از جالب ترین احتمالات این است که اتصال مجدد گرانشی می تواند در رویدادهای شدید مانند ادغام دو سیاهچاله یا برخورد ستاره های نوترونی نقش داشته باشد." اینها محیط هایی هستند که گرانش بسیار قوی است و هندسه فضازمان به طور چشمگیری تغییر می کند.

چنین برخوردهایی امواجی را در فضا-زمان به نام امواج گرانشی منتشر می‌کنند که آشکارسازهایی مانند LIGO (رصدخانه امواج گرانشی تداخل‌سنج لیزری) از سال 2015 آن‌ها را ثبت می‌کنند. ما هنوز پاسخ‌ها را نمی‌دانیم، اما اینها سؤالاتی هستند که اکنون می‌توانیم شروع به بررسی آنها کنیم.»