Гравитацията може да прекъсва и свързва отново подобно на магнитните полета на Слънцето

Гравитацията е навсякъде. Тя е неразривно вплетена в тъканта на Вселената, образувайки звезди и планети и дирижирайки танца на галактиките.

Тя държи нашия свят заедно и нас върху земята - но дори след повече от век изучаване на гравитацията чрез Общата теория на относителността на Айнщайн, учените все още откриват изненадващи нови начини, по които тя може да се държи.

Ново откритие на физиците Лука Комисо (Luca Comisso) от Колумбийския университет и Фелипе Асенхо (Felipe A. Asenjo) от университета "Адолфо Ибанес" в Чили може да разкрие още нещо за теорията на относителността.

Новите им изчисления показват, че гравитационните полета може да са способни да се прекъсват и свързват отново в нови конфигурации - точно както правят магнитните полета на Слънцето. Това е феномен, наречен магнитно присъединяване. Ето така изглежда:

Магнитно присъединяване. Слънчевите изригвания се случват, когато линиите на магнитното поле в близост до слънчеви петна се реорганизират експлозивно. Кредит: Wikimedia Commons

"Ние не модифицираме Общата теория на относителността, нито въвеждаме нова физика отвъд нея. По-скоро идентифицираме физически принципи, които са останали непризнати повече от век", обяснява Комисо пред ScienceAlert.

Ежедневното усещаме гравитацията като сила, която ни държи на земята. Но тя е нещо повече от просто привличане. Според теорията на относителността, гравитацията се описва от поле - изкривяването на пространство-времето, причинено от масата и енергията, което влияе върху начина, по който материята и светлината се движат през Вселената.

Уравненията, описващи тази кривина, са шедьовър на физиката, позволявайки на физиците да предскажат всичко - от огъването на звездната светлина до гравитационните вълни, произведени от сблъскващи се черни дупки - и са оцелели след много тестове в класическата Вселена.

Но Вселената има и други видове полета.

Достатъчно е само да погледнем към Слънцето, за да открием някои от тях - огромни магнитни полета, преминаващи през заредената слънчева плазма, чиито преплетени нишки могат да се скъсат и да се свържат отново в процес, наречен магнитно повторно свързване, освобождавайки енергията, която захранва слънчевите изригвания.

А сега Комисо и Асенхо демонстрират математически, че гравитацията може да има подобен номер в репертоара си.

"Подозирахме, че гравитацията може да има някои общи свойства с магнитните полета, тъй като отдавна е известно, че уравненията на Айнщайн могат да бъдат пренаписани във форми, наподобяващи уравненията на електромагнетизма", обяснява Комисо.

"Не знаехме обаче докъде ще стигне тази аналогия. Едва след като направихме аналитичните изчисления, стъпка по стъпка на черната дъска, осъзнахме колко точно гравитационните полета могат да следват същите принципи, които управляват магнитните полета в плазмата."

Разкриването на тази аналогия започва с по-ранна статия , публикувана от двамата заедно с трети съавтор, физика Марикармен Уинклер (Maricarmen A. Winkler) от Университета "Адолфо Ибанес".

Техните изчисления показват, че при определени условия гравитационните полета могат да се държат така, сякаш връзките им са замръзнали на място, запазвайки връзките между различните региони, дори когато пространство-времето се променя.

Физиците осъзнават, че това поведение има поразителен аналог в магнитните полета на електрически заредена плазма, където линиите на полето могат да останат свързани, дори когато плазмата тече и променя формата си.

Но магнитните полета не винаги се държат по този начин. Когато условията, които поддържат линиите на полето им свързани, се разрушат, тези връзки могат да се пренаредят чрез магнитно пресъединяване, променяйки кои области са свързани от магнитното поле.

Така че изглежда естествено, изследователите да се запитат дали същото може да е вярно и за гравитацията.

За да разберат, Комисо и Асенхо се върнали към уравненията на Айнщайн, използвайки математическа формулировка, която разкрива прилики между гравитацията и електромагнетизма.

Те изследват какво се случва, когато условията, които запазват връзките на гравитационното поле, се разрушат и откриват, че при определени обстоятелства полетата могат да се свържат отново в нови конфигурации - процес, който те наричат ​​гравитационно повторно свързване.

"Вместо линии, простиращи се през триизмерното пространство, гравитационното поле образува листове, простиращи се през четириизмерното пространство-време (три измерения на пространството и едно на времето)", обяснява Комисо.

"Подобно на линиите на магнитното поле, тези листове не са физически обекти, а математически структури, които ни помагат да визуализираме гравитационното поле. С развитието на пространство-времето тези листове могат да се разтягат, огъват и при определени условия да се счупят и да се свържат отново в нова подредба."

"Това не означава, че самото пространство-време се разкъсва, а по-скоро, че гравитационното поле променя начина, по който различните региони на пространство-времето са свързани."

Схема на гравитационни полеви листове, математически структури, чиито връзки могат да се променят чрез гравитационно повторно свързване. Кредит: Comisso and Asenjo/APS 2026

Ако този процес се случи във Вселената, ефектите му вероятно не бихме могли да видим или да усетим. Дори гравитационните вълни от сблъскващи се черни дупки - може би най-грандиозните събития, които Вселената може да осъществи - променят дължината на 4-километровите рамена на LIGO с по-малко от ширината на протон.

Но физиците в момента могат да използват суперкомпютри, за да симулират драматичните промени в пространство-времето, които съпътстват мощни събития като сблъсъци на черни дупки или свръхнови с колапс на ядрото.

Но способността да се изчисли как се развива пространство-времето не разкрива непременно основните физически механизми, отговорни за преноса на енергия.

Именно тук гравитационното пресъединяване може да бъде полезно, а магнитното пресъединяване на Слънцето дава пример от реалния свят. Физиците могат да симулират поведението на слънчевата плазма, но идентифицирането на магнитното пресъединяване като механизъм, отговорен за освобождаването на нейната енергия, им дава по-задълбочено разбиране за това какво се случва и защо.

"Това, което намирам за особено забележително, е че тези принципи ни дават нов начин да разберем сложната динамика на пространство-времето с относително прости физически термини", коментира Комисо.

"Точно както магнитното пресъединяване е трансформирало разбирането ни за това как се освобождава магнитната енергия в плазмата, гравитационното пресъединяване би могло да осигури подобна мощна рамка за разбиране как гравитационните полета еволюират и обменят енергия и импулс с материята."

Все още има много какво да се научи обаче. Засега гравитационното повторно свързване е теоретична възможност, а не феномен, наблюдаван от учените в природата.

Художествено изображение на две черни дупки, въртящи се спираловидно една към друга, излъчващи гравитационни вълни. Такива сливания са сред средите, в които може да възникне гравитационно повторно свързване. Кредит: LIGO/T. Pyle

Изследователите смятат, че гравитационното повторно свързване може да се случи в различни астрофизични условия, като например сливане на черни дупки или колапс на звезди.

Числените симулации, посочва Комисо, биха могли да помогнат за идентифициране на условията, при които това се случва, и да характеризират как протича процесът.

Една особено инригуваща възможност е гравитационното повторно свързване да остави отличителна следа в гравитационните вълни, излъчвани от сблъскващи се черни дупки. Ако това се случи, тези симулации биха могли да разкрият какво да трябва да се търси в данните от LIGO-Virgo-KAGRA.

"Нашата работа предоставя теоретичните основи за гравитационното повторно свързване, но все още трябва да определим точните условия, при които то се случва в природата, и да разберем ролята му в астрофизичните явления", отбелязва Комисо.

"За нас това е един от най-вълнуващите въпроси, които нашето изследване е повдигнало, и такъв, който сме нетърпеливи да проучим по-нататък."

Справка: Reconnection of gravitational fields, Luca Comisso and Felipe A. Asenjo; Phys. Rev. D 114, 084095 – Published 28 October, 2026; DOI: https://doi.org/10.1103/lmqy-pf9k

Източник: Einstein's Equations Reveal Gravity Can Break And Reconnect Like Magnetic Fields, ScienceAlert

Още по темата

10/06/2026

Земята

Учени планират да пръскат химикали в магнитното поле на Земята, за да ни предпазят от слънчеви бури

14/04/2025

Физика

Електромагнетизмът е свойство на самото пространство-време

08/04/2025

Физика

Изключение от законите на термодинамиката: Възстановяваща формата си течност

08/09/2023

Физика

Древната философия на монизма и квантовата физиката са единодушни: Всичко е Едно