Neviditelný čert

Podle nové teoretické studie se struktury připomínající vrstvy v gravitačním poli mohou roztrhnout a znovu se spojit v nových uspořádáních, podobně jako magnetické siločáry, které vyvolávají sluneční erupce. Studie, založená výhradně na Einsteinově obecné teorii relativity, podrobně popisuje, za jakých podmínek může k tomuto „gravitačnímu přepojení“ dojít. Nabízí také způsob, jak změřit rychlost, s jakou teoretické přepojení probíhá, a naznačuje změnu v tom, jak si gravitace a hmota vyměňují energii. Tento proces by podle výzkumníků mohl hrát roli dokonce i při srážkách černých děr.

Lucifer

Magnetické siločáry jsou obvykle „zamrzlé“ v plazmatu – horkém, elektricky nabitém plynu, z něhož se skládají hvězdy – a jsou unášeny tam, kam plazma proudí. Siločáry lze natahovat a kroutit, ale nelze je přetrhnout. Tam, kde toto pravidlo neplatí, se mohou přetrhnout a znovu spojit v procesu zvaném magnetické přepojení, přičemž uvolňují nahromaděnou energii v podobě výbušných erupcí, jako jsou sluneční erupce. „V plazmové fyzice se rekonekce stala zásadní součástí našeho chápání toho, jak se magnetická pole reorganizují a vyměňují energii s hmotou,“ sdělil Live Science Luca Comisso, astrofyzik z Kolumbijské univerzity a první autor studie. Mohlo by něco podobného platit i pro gravitaci?

Gravitace a magnetismus popisují velmi odlišné aspekty přírody, takže neexistuje žádný zřejmý důvod očekávat, že by se chovaly stejně. Když však vyjádříme Einsteinovy rovnice v určité matematické formě, objevují se v gravitaci některé stejné principy, které řídí magnetická pole.  Comisso a spoluautor studie Felipe Asenjo, fyzik z Univerzity Adolfo Ibáñeze v Chile, použili matematický rámec známý jako tetradová formulace. „Einsteinova teorie popisuje gravitaci prostřednictvím geometrie časoprostoru,“ vysvětlil Comisso. V tetradové formulaci však „lze určité aspekty gravitace vyjádřit veličinami připomínajícími elektrická a magnetická pole.“

Studie zveřejněna v časopise Physical Review Letters naznačila, že gravitační pole mohou tvořit dvourozměrné struktury nazývané gravitační polní vrstvy. Z obou rozměrů těchto vrstev se jeden táhne prostorem a druhý časem – každá vrstva je tedy stopou, kterou zanechává čára v průběhu času. Snímek v jakémkoli okamžiku proto zachycuje každou vrstvu jako čáru, podobně jako siločáry nakreslené kolem magnetu. A stejně jako siločáry magnetického pole zmrazené v plazmatu se tyto vrstvy za určitých podmínek vyvíjejí, aniž by se přerušily nebo změnily způsob, jakým jsou propojeny.

Vědci ukázali, že porušení pravidla „zmrazení“ samo o sobě nezaručuje opětovné propojení. Někdy se pláty pouze posouvají vzhledem k proudu, který je unáší, a zůstávají neporušené, protože jsou „zmrazené“ v jiném proudu. Skutečné opětovné propojení nastane pouze tehdy, když žádný takový alternativní proud neexistuje. „Odvodili jsme také rovnice popisující, jak rychle k tomuto opětovnému spojení může dojít a jak může ovlivnit přenos energie a hybnosti,“ uvedl Comisso. V obecné relativitě si gravitace a hmota mohou vyměňovat energii a hybnost, přičemž se zachová jejich celková součet. Studie ukazuje, že opětovné spojení mění lokální rychlost této výměny.

Rekonekce také mění gravitační helicitu, což je gravitační ekvivalent veličiny, která měří, jak jsou magnetické siločáry zkroucené a propletené. Zmrazené vrstvy si zachovávají svou helicitu neměnnou, ale rekonekce ji může vytvořit nebo zničit. Tyto poznatky nevyžadují žádnou novou fyziku. „Vše vyplývá z Einsteinovy obecné teorie relativity,“ uvedl Comisso. „Einstein svou teorii vyvinul před více než stoletím a prošla mimořádným počtem experimentálních testů,“ dodal. „Přesto i po více než století lze z těch samých rovnic stále získávat nové poznatky.“

Co by mohlo v přírodě spustit gravitační rekonekci, zůstává otevřenou otázkou. Mezi kandidáty, které vědci navrhli, patří singularity, o nichž se předpokládá, že se skrývají v jádrech černých děr, a kombinovaný účinek gravitačních vln, které jsou příliš malé na to, aby je bylo možné sledovat jednotlivě. Svou roli by mohly hrát také kvantové jevy spojené s Hawkingovým zářením – slabým světlem, které podle předpovědí černé díry vyzařují.

Gravitační rekonekce by mohla hrát roli při extrémních událostech, jako je sloučení dvou černých děr nebo srážka neutronových hvězd. Jedná se o prostředí, kde je gravitace extrémně silná a geometrie časoprostoru se dramaticky mění.  Takové srážky vysílají do časoprostoru vlny zvané gravitační vlny, které detektory jako LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) zaznamenávají již od roku 2015. Gravitační rekonekce by mohla přispívat k přenosu energie a zanechat rozpoznatelnou stopu v gravitačních vlnách.

Zdroj: Live Science, Hidden 'sheets' of gravity can tear and reconnect like the sun's magnetic field does, fresh look at Einstein's equations suggests

13.11.2026, 09:40:12   Publikoval Luciferkomentářů: 0