Kan gravitationsfält brytas och återkopplas?

 

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.