Bild https://news.columbia.edu Mer än ett sekel efter att Einstein först
utvecklade ekvationerna som beskriver gravitation hittar fysiker fortfarande
fler sätt att tolka dem.
Luca Comisso, biträdande forskare vid Columbia Universitys
institutioner för astronomi och fysik samt Columbia Astrophysics Laboratory,
och Felipe A. Asenjo från Universidad Adolfo Ibáñez i Chile har nyligen funnit
ett nytt sätt att se på Einsteins ekvationer som avslöjar en slående analogi
med "magnetisk rekonnektion"(magnetisk
omkoppling) i plasman, något som uppstår när magnetfältlinjer bryts och
återkopplas och som driver explosiva fenomen som solutbrott.
Deras arbete visar att något liknande kan hända med
gravitationen: Under rätt förhållanden kan gravitationsfältstrukturer brytas
och återansluta. En process forskarna kallar "gravitationell
återkoppling." När detta sker rör sig energin ut ur gravitationsfältet och
in i materia.
Upptäckten kan hjälpa fysiker att bättre förstå några av
universums mest extrema händelser och även kollisioner mellan svarta hål. I
dessa miljöer är gravitationen så kraftfull att rumtiden blir förvrängd
vilket gör dess beteende oerhört svårt att beräkna. Forskarnas nya metod erbjuder
ett sätt att identifiera grundläggande regler som styr hur gravitationsfält
beter sig vilket potentiellt kan avslöja insikter som konventionella
datorsimuleringar ensamma inte kan ge.
För att förstå hur gravitationell återkoppling fungerar
hjälper det att börja med ett mer bekant fenomen: magnetisk omkoppling. De
flesta har sett en bild av magnetfältlinjer i form av järnfilspån runt en
stavmagnet eller slingorna som kastas ut från solens yta. I ett plasma dras
dessa linjer runt, sträcks ut och ibland vrids.
"Magnetisk omkoppling är när dessa fältlinjer, i någon
specifik konfiguration, bryts och åter fästs i en annan konfiguration," beskriver
Comisso. "När de bryts och återförenas släpper de från sig energi."
Detta är processen bakom solutbrott och en av de viktigaste mekanismerna för
energifrigörelse inom hela astrofysiken. "Den tar energi från magnetfältet
och ger den till partiklarna i plasman, vilket skapar explosioner."
Gravitation, ken enligt forskarnagöra något liknande. Men
geometrin är annorlunda eftersom Einsteins rumtid har fyra dimensioner istället
för tre (längd, bredd och höjd) som enbart beskriver rummet (den fjärde är tiden).
"Eftersom rumtiden är fyrdimensionell snarare än
tredimensionell, involverar gravitation något som kan ses som fält snarare än
fältlinjer," förklarar Comisso. "Att lägga till en dimension till en
linje ger dig ett plan. Du kan tänka på det som att sätta ihop många rader för
att bilda ett 'blad.'" Så istället för magnetfältlinjer som sträcks ut,
återkopplas och frigör energi, tar gravitationsfältet formen av ett ark som rör
sig, omkopplar och frigör energi. Dessa ark är matematiska strukturer snarare
än fysiska objekt, men deras omkoppling beskriver en process genom vilken
energi kan överföras från gravitationsfält till materia.
Upptäckten kom från ett okonventionellt sätt att se på
Einsteins ekvationer och byggere på tidigare forskning om de grundläggande
reglerna som styr hur rumtiden utvecklas.
Comisso och Asenjos artikel om forskningen,
"Reconnection of Gravitational Fields", som publicerades nyligen i
Physical Review D en vetenskaplig tidskrift utgiven av American Physical
Society, vilken i sin tur bygger vidare på en tidigare artikel publicerad i Physical ReviewLetters tillsammans med Maricarmen A. Winkler. Den forskningen
identifierade en uppsättning tidigare okända regler som begränsar hur rumtiden
tillåts böjas, sträckas ut och utvecklas.
För tillfället är gravitationell rekonnektion (omkoppling) en teoretisk upptäckt. Nästa
utmaning är att undersöka hur processen kan utvecklas i specifika astrofysiska
sammanfogade miljöer, såsom sammansmältande svarta hål och om den ger mätbara
effekter. Comisso hoppas att metoden så småningom kommer att hjälpa forskare
att förutsäga hur mycket energi sådana händelser frigör och vilka signaturer de
kan lämna i gravitationsvågor.
Forskningen stöddes av National Science Foundation och NASA.
Kan man tänka sig att
gravitationsvågor vilka är svåra att mäta och finna överhuvudtaget kan ändra
riktning av något skäl? Om så skulle all form av gravitationseffekt bli dess
motsatts (tyngdkraften) och allt skulle bli kaos och vi och hela jorden med allt
den innehåller försvinna som grus och kanske sedan upplösas totalt atomer
splittras i positron neutron och så vidare mm.