Ново изследване предpoлага, че в определени условия гравитационните структури в пространство-времето могат да се държат като "замръзнали" – подобно на магнитните полета в плазма, които се движат заедно с флуида и запазват връзките си. Това означава, че еволюцията на пространство-времето може да се описва чрез по-универсални закони, където геометричните линии на гравитацията не се разкъсват, а се пренасят като устойчиви структури.
Концепцията за пространство-време, описана за първи път в Общата теория на относителността на Айнщайн, оттогава е широко изучавана от много физици по целия свят. Пространството-времето се описва математически като четириизмерен (4D) континуум, в който се случват физически събития, който обединява триизмерното (3D) пространство с едномерното (1D) време.
Известно е, че този 4D континуум непрекъснато еволюира, следвайки сложни и заплетени модели, които се управляват от полевите уравнения на Айнщайн; математически уравнения, които описват как материята и енергията оформят пространство-времето. Докато различни минали теоретични изследвания са изучавали еволюцията на пространство-времето, идентифицирането на модели, които се запазват по време на неговата еволюция, досега се е било трудно.
Изследователи от университета "Адолфо Ибанес" в Чили и Колумбийския университет се заемат да изследват еволюцията на пространство-времето, използвайки идеи от нелинейната електродинамика, област от физиката, която изучава поведението на електрическите и магнитните полета в сложни материали.
Тяхната статия, публикувана в Physical Review Letters, предлага нова перспектива, която потенциално би могла да подобри теоретичното разбиране на различни космологични явления, включително черни дупки, гравитационни вълни и еволюцията на Вселената.
"Проведохме няколко съвместни проучвания, фокусирани върху релативистичната плазмена динамика", заявява пред Phys.org Фелипе Асенхо (Felipe Asenjo), съавтор на статията.
"В тези работи ние показахме, че общите топологични структури на магнитното поле и други флуидоподобни величини се запазват в общи изкривени пространствено-времеви пространства. Математическата рамка, която използвахме, е обща, така че я приложихме, за да анализираме запазването на топологичната структура, самата метрика на изкривеното пространство-време."
"Точно това доказахме в тази работа, показвайки, че при подходящите условия винаги можем да имаме свързани топологични структури на пространствено-времевото поле."
Картина, която съпътства стихотворенията. 2023, Lia Halloran
Неотдавнашната теоретична работа на Асендхо и неговите сътрудници предполага, че еволюцията на пространство-времето се ръководи от правила, свързани с топологията, наричани още топологични ограничения. Тези правила, свързани със свойствата на геометричните обекти, когато те се деформират (напр. се разтягат или огъват), биха могли да бъдат в основата на цялостната нелинейна динамика на пространство-времето. Тяхното очертаване би могло също да хвърли светлина върху това как те могат да бъдат нарушени при специфични условия.
"Преди няколко години Кип Торн (Kip Thorne) изнася колоквиум в Колумбийския университет, където обсъжда аналогиите между гравитацията и движението на флуидите", разказва Лука Комисо, съавтор на статията.
"Този разговор силно ни повлия и ни накара да се запитаме дали същите фундаментални правила, които запазват структурата в електропроводяща течност, могат да се отнасят и за самата гравитация. Следвайки тази идея, открихме, че някои геометрични структури на гравитационното поле се запазват с еволюцията на пространство-времето."
Като част от своето изследване, Асенхо, Комисо и техният колега Марикармен Уинклер () пренаписват стандартните уравнения на Общата теория на относителността на Айнщайн (т.е. полевите уравнения на Айнщайн), като се позоват на електромагнитната теория. С други думи, те пренаписват уравненията така, че да бъдат математически аналогични на тези, описващи електропроводимите флуиди.
"С този подход можем да използваме същата процедура, използвана, за да демонстрираме, че линиите на магнитното поле остават свързани в плазмен флуид, когато е валиден законът на Ом, за да търсим аналоговото поведение за гравитационните полеви структури", обяснява Асендхо. "Показваме, че аналогични гравитационни полеви структури също остават замразени в динамиката, когато е изпълнено идеално условие от типа на Ом."
Теоретичната рамка на екипа предполага, че пространство-времето съдържа стабилни и структурирани "линии на полето", които остават свързани, докато то еволюира. Освен това, тя предполага, че консервираният гравитационен поток поставя ограничения върху еволюцията на пространство-времето.
"Мисля, че открихме интересна форма за разбиране за еволюцията на цялата нелинейна динамика на изкривените пространства-времета", разказва Асендхо. "Демонстрирахме съществуването на интересни топологични инварианти, като например гравитационната спиралност, които могат да бъдат полезни като нов подход към откритите проблеми в теорията на относителността."
Преоформяне на разбирането за космическите явления
Асендхо, Комисо и Винклер представят нов теоретичен подход, който свързва Общата теория на относителността на Айнщайн с идеи, основани на електромагнетизма. В бъдеще тази теоретична рамка би могла да бъде приложена за изучаване на различни сложни гравитационни системи, включително черни дупки, гравитационни вълни и еволюцията на космоса.
"Идентифицирахме фундаментални правила, които ограничават как пространство-времето може да еволюира", обяснява Комисо. "Тези правила действат като вградени ограничения върху самата гравитация, помагайки ни да предвидим как се държат екстремни системи, като например двойки обикалящи една около друга черни дупки, когато гравитацията стане много силна."
"В бъдещите ни изследвания ще бъде важно да използваме геометричните структури, които остават запазени по време на еволюцията на пространство-времето, за да разберем по-добре системите със силна гравитация, като например източниците на гравитационни вълни."
Съществуващите прогнози, ръководещи експерименти, които разчитат на детектори на гравитационни вълни, като LIGO, Virgo и KAGRA, са получени с помощта на компютърни симулации, които задават специфични начални условия.
Чрез изучаване на величини, които остават инвариантни в самото пространство-време, Комисо и колегите му се надяват да разкрият универсално поведение на гравитацията, което в крайна сметка би могло да подобри прогнозите за бъдещи космически обсерватории, като например детектора на гравитационни вълни LISA, който ще бъде изстрелян в космоса през 2035 г.
"Искаме също така да проучим последиците от тази аналогия", добавя Асендхо. "Бихме искали особено да разберем до каква степен много различните явления, които могат да възникнат в плазмата, могат да се случат и в невакуумно пространство-време."
Справка: Felipe A. Asenjo et al, Frozen-In Gravitational Fields, Physical Review Letters (2026). DOI: 10.1103/6c4q-kx6f.
Източник: Frozen-in gravity: A new way to understand the evolution of spacetime dynamics, Ingrid Fadelli, Phys.org
Още по темата
Физика
Гравитационните вълни оставят отпечатък върху светлината, излъчвана от атомите
Физика
Силите, които оформят начина, по който гравитацията работи във Вселената
Космос
Квадратичната теория на гравитацията: Нова теория пренаписва квантовия поглед върху Големия взрив
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари
"Ад" на Данте описва удар на астероид 500 години преди съвременната наука
10-годишно момиче открива рядък мексикански аксолотъл. Какво знаем за тези животни
Хората с тъмни черти на характера са естествено склонни към лидерски роли, установява ново проучване
Хората с тъмни черти на характера са естествено склонни към лидерски роли, установява ново проучване