توصلت دراسة جديدة إلى أن معادلات أينشتاين تتنبأ بأن الجاذبية يمكن أن “تمزق وتعيد الاتصال” مثلما يفعل المجال المغناطيسي للشمس

تابعنا

أضفنا كمصدر مفضل على جوجل

النشرة الإخبارية

اشترك في النشرة الإخبارية لدينا

قد يكون لعملية إعادة الاتصال المغناطيسي – وهي العملية التي تقف وراء أعنف الانفجارات الشمسية – نظير في الجاذبية.

وفقا لدراسة نظرية جديدة، يمكن للهياكل الشبيهة بالصفائح في مجال الجاذبية أن تتفكك وتعيد الاتصال في ترتيبات جديدة، تماما مثل الهيكل العظمي. المجال المغنطيسي الخطوط التي تطلق العنان للتوهجات الشمسية.

بنيت بالكامل على ألبرت أينشتاينوفقًا لنظرية النسبية العامة، توضح الدراسة متى يمكن أن يحدث “إعادة الاتصال الجاذبية”. كما أنها توفر طريقة لقياس مدى سرعة إعادة الاتصال النظري، وتقترح تغييرًا في كيفية تبادل الطاقة بين الجاذبية والمادة. ويمكن لهذه العملية أن تلعب دورًا أيضًا الثقب الأسود الاصطدامات، كما يقترح الباحثون.

أحدث مقاطع الفيديو من Live Science

عادةً ما يتم “تجميد” خطوط المجال المغناطيسي وتحويلها إلى بلازما – الغاز الساخن المشحون كهربائيًا الذي يشكل النجوم – ويتم حملها أينما تتدفق. يمكن تمديد الخطوط ولفها، ولكن لا يمكن قطعها. عندما تنهار هذه القاعدة، يمكن أن تنقطع وتنضم مرة أخرى في عملية تسمى إعادة الاتصال المغناطيسي، مما يؤدي إلى إطلاق الطاقة المكبوتة في انفجارات متفجرة مثل التوهجات الشمسية.

“في فيزياء البلازما، أصبحت إعادة الاتصال جزءًا أساسيًا من فهمنا لكيفية إعادة تنظيم الحقول المغناطيسية وتبادل الطاقة مع المادة.” لوكا كوميسوقال عالم الفيزياء الفلكية في جامعة كولومبيا والمؤلف الأول للدراسة لموقع Live Science عبر البريد الإلكتروني. “هل يمكن أن يكون شيء مماثل صحيحا بالنسبة للجاذبية؟”

قد ترغب

وقال كوميسو: “تصف الجاذبية والمغناطيسية جوانب مختلفة تمامًا من الطبيعة، لذلك لا يوجد سبب واضح لتوقع تصرفهما على حد سواء”. “ولكن عندما نعبر عن معادلات أينشتاين في شكل رياضي معين، فإن بعض المبادئ نفسها التي تحكم المجالات المغناطيسية تظهر أيضًا في الجاذبية. أردنا أن نفهم ما إذا كانت أوجه التشابه هذه تمتد إلى إعادة الاتصال نفسها.”

كوميسو ومؤلف مشارك في الدراسة فيليبي أسينجواستخدم عالم الفيزياء في جامعة أدولفو إيبانيز في تشيلي إطارًا رياضيًا يُعرف باسم صيغة الرباعيات. وأوضح كوميسو أن “نظرية أينشتاين تصف الجاذبية من خلال هندسة الزمكان”. ولكن في صيغة الرباعيات، “يمكن التعبير عن جوانب معينة من الجاذبية من خلال كميات تشبه المجالات الكهربائية والمغناطيسية”.

احصل على الاكتشافات الأكثر روعة في العالم والتي يتم تسليمها مباشرة إلى صندوق الوارد الخاص بك.

وفي دراسة سابقة نشرت في المجلة رسائل المراجعة البدنية في وقت سابق من هذا العام، طبق الباحثون هذا الإطار على جاذبية. اقترحت تلك الدراسة أن مجالات الجاذبية يمكن أن تشكل هياكل ثنائية الأبعاد تسمى صفائح مجال الجاذبية. من بين البعدين للورقة، يمتد أحدهما عبر الفضاء والآخر عبر الزمن، لذا فإن كل ورقة هي الأثر الذي يتركه الخط مع مرور الوقت. ومن ثم فإن التقاط لقطة في أي لحظة يلتقط كل ورقة كخط، على غرار خطوط المجال المرسومة حول المغناطيس. وقال كوميسو، مثل خطوط المجال المغناطيسي المجمدة في البلازما، “في ظل ظروف معينة، تتطور هذه الصفائح دون كسر أو تغيير كيفية اتصالها”.

وفي الدراسة الجديدة التي نشرت 28 أكتوبر في مجلة Physical Review Dوجد الباحثون أن هذا ليس هو الحال دائمًا. وقال كوميسو: “يمكن لصفائح مجال الجاذبية أن تنكسر وتعيد الاتصال بترتيب مختلف، مثلما تفعل خطوط المجال المغناطيسي في البلازما”.

أظهر الباحثون أن كسر قاعدة التجميد لا يضمن في حد ذاته إعادة الاتصال. في بعض الأحيان، تنزلق الصفائح فقط بالنسبة للتدفق الذي يحملها، وتبقى سليمة لأنها تظل مجمدة في تدفق مختلف. تحدث إعادة الاتصال الحقيقية فقط في حالة عدم وجود مثل هذا التدفق البديل.

ماذا تقرأ بعد ذلك

وقال كوميسو: “لقد اشتقنا أيضًا معادلات تصف مدى سرعة حدوث عملية إعادة الاتصال هذه وكيف يمكن أن تؤثر على نقل الطاقة والزخم”. في النسبية العامةيمكن للجاذبية والمادة تبادل الطاقة والزخم، مع الحفاظ على مجموعهما فقط. وتظهر الدراسة أن إعادة الاتصال تغير السعر المحلي لهذا التبادل.

تؤدي إعادة الاتصال أيضًا إلى تغيير حلزونية الجاذبية، وهي النظير الجاذبية لكمية تقيس مدى التواء خطوط المجال المغناطيسي وترابطها. تحافظ الأوراق المجمدة على ثبات مروحيتها، لكن إعادة الاتصال يمكن أن تؤدي إلى إنشائها أو تدميرها.

النتائج لا تتطلب فيزياء جديدة. وقال كوميسو: “كل شيء يتبع النسبية العامة لأينشتاين”.

“لقد طور أينشتاين نظريته منذ أكثر من قرن من الزمان، وقد مرت عليها فترة طويلة عدد غير عادي من الاختبارات التجريبيةوأضاف: “ومع ذلك، حتى بعد مرور أكثر من قرن من الزمان، لا تزال هناك رؤى جديدة يمكن اكتسابها من تلك المعادلات نفسها”.

ما الذي يمكن أن يؤدي إلى إعادة الاتصال الجاذبية في الطبيعة يظل سؤالًا مفتوحًا. ومن بين المرشحات التي اقترحها الباحثون هي المفردات التي يعتقد أنها تكمن في قلوب الثقوب السوداء والتأثير المشترك لتموجات الجاذبية التي تكون أصغر من أن يتم تتبعها بشكل فردي. التأثيرات الكمومية المرتبطة إشعاع هوكينج – التوهج الخافت الذي من المتوقع أن تنبعث منه الثقوب السوداء – يمكن أن يلعب دورًا أيضًا.

وقال كوميسو: “ما زلنا في البداية، ولكن أحد الاحتمالات الأكثر إثارة للاهتمام هو أن إعادة الاتصال الجاذبية يمكن أن تلعب دورًا في الأحداث المتطرفة، مثل اندماج ثقبين أسودين أو اصطدام نجمين نيوترونيين”. “هذه بيئات تكون فيها الجاذبية قوية للغاية وتتغير هندسة الزمكان بشكل كبير.”

ترسل مثل هذه الاصطدامات تموجات في الزمكان تسمى موجات الجاذبيةوالتي تسجلها أجهزة الكشف مثل LIGO (مرصد موجات الجاذبية بالليزر) منذ عام 2015. وأضاف كوميسو: “نود أن نفهم ما إذا كانت إعادة الاتصال الجاذبية يمكن أن تساهم في نقل الطاقة، وما إذا كانت قد تترك بصمة يمكن التعرف عليها في موجات الجاذبية”. “لا نعرف الإجابات بعد، لكن هذه أسئلة يمكننا الآن البدء في التحقيق فيها.”