פירוש חדש של משוואות איינשטיין חושף חוקים נסתרים שקובעים איך המרחב-זמן מתפתח, ומצביע על תהליך של "איחוי כבידה" הדומה לתהליך שמניע את ההתפרצויות בשמש.
תרגום: נחום שרשבסקי
מהמשוואות של איינשטיין עולה שהכבידה מסוגלת אולי לתהליך הדומה לזה שגורם להתפוצצויות חזקות בשמש. במחקר תאורטי חדש, פיזיקאים מראים איך מבנים של שדות כבידה יכולים לשנות את החיבורים שלהם ולהעביר אנרגיה לתוך חומר. הם קוראים לתהליך הזה "איחוי כבידה".
שדה כבידה הוא האזור סביב גוף שבו הכבידה שלו משפיעה על גופים אחרים. לפי תורת היחסות הכללית של איינשטיין, הכבידה נובעת מעיקום המרחב-זמן שנגרם על ידי מסה ואנרגיה. המחקר, של לוקה קומיסו (Luca Comisso) מאוניברסיטת קולומביה ופליפה אסנחו (Felipe A. Asenjo) מאוניברסיטת אדולפו איבניס בצ'ילה, פורסם בכתב העת Physical Review D. הוא מגלה קשר מתמטי בין הכבידה לבין ההתנהגות של פלזמות, גזים טעונים חשמלית שנמצאים בכוכבים וברחבי החלל.
הפיזיקה שמאחורי התפרצויות סולריות נפיצות
בפלזמות, קווי השדה המגנטי יכולים להתארך ולהתעקם עד שהם מסתדרים מחדש בתהליך המכונה "איחוי מגנטי". הוא משחרר אנרגיה מגנטית אגורה וגורם לאירועים עוצמתיים כמו התפרצויות סולריות.
"איחוי מגנטי מתרחש כשקווי השדות המגנטיים האלה, בכמה תצורות ספציפיות, נשברים ומתחברים מחדש (מתאחים) בתצורה שונה", אמר קומיסו. "כשהם נשברים ומתאחים, הם משחררים אנרגיה. אנרגיה נלקחת מהשדה המגנטי וניתנת לחלקיקים בפלזמה, ונוצרים פיצוצים, אירועים אנרגטיים".
איך שדות כבידה יכולים להתאחות
הכבידה פועלת באופן שונה, כי התאוריה של איינשטיין מתארת את המרחב-זמן כמבנה ארבע-ממדי ולא כמרחב תלת-ממדי.
"בגלל שלמרחב-זמן יש ארבעה ממדים ולא שלושה, בכבידה יש משהו כמו 'יריעות' שדה במקום קווי שדה", הסביר קומיסו. "כשמוסיפים ממד אחד לקו מקבלים מישור. אפשר לחשוב על זה כמו לחבר הרבה קווים כדי ליצור 'יריעה'".
היריעות האלה הן מבנים מתמטיים, לא משטחים פיזיים. החוקרים מצאו שכאשר התנאים המשמרים את הקשרים שלהן נשברים, היריעות יכולות להתאחות, ואנרגיה יכולה לעבור משדה הכבידה לתוך חומר.
חוקים נסתרים במשוואות איינשטיין
החוקרים גילו את ההתנהגות הזאת כשביטאו את משוואות איינשטיין באמצעות משתנים מתמטיים שונים, ואז ראו דמיון למשוואות המתארות פלזמות. המחקר מתבסס על עבודה קודמת שזיהתה מגבלות שלא היו ידועות על אופן ההתפתחות של המרחב-זמן.
"משוואות איינשטיין מכילות מגבלות על אופן ההתפתחות של המרחב-זמן שאינן גלויות לעין מיד", אמר אסנחו. "חשיפת התכונות הנסתרות האלה מאפשרת לנו להתחיל להבין את החוקים היסודיים שקובעים איך מתנהג תהליך איחוי הכבידה".
"יש השלכות שחבויות במשוואות, ואי-אפשר לתפוס אותן רק מהסתכלות עליהן", אמר קומיסו. "צריך לכתוב אותן מחדש בצורה שונה, ואז אפשר להשתמש בהתנהגות הזאת".
מה יכולה להיות המשמעות לגבי התנגשויות בין חורים שחורים
אחד היישומים האפשריים קשור למיזוג בין חורים שחורים, כשכבידה עצומה מעוותת מאוד את המרחב-זמן. מדענים מסתמכים על הדמיות מחשב חזקות כדי לחזות את גלי הכבידה שנוצרים בהתנגשויות האלה, שגלאים כמו LIGO תוכננו למדוד.
המגבלות החדשות שזוהו יוכלו לעזור לחוקרים לקבוע איך שדות כבידה חייבים להתנהג, בלי לחשב כל פרט בהתפתחות שלהם.
"הן עוזרות לנו לחזות דפוסים מסוימים של המרחב-זמן", אמר קומיסו. "גם בלי לבצע את כל החישוב, אנחנו יודעים שהמרחב-זמן צריך להתנהג בצורה מסוימת. הוא לא יכול לחרוג מהמגבלות האלה".
איחוי כבידה הוא עדיין תגלית תאורטית. חוקרים צריכים עכשיו לבדוק אם הוא מתרחש בסביבות אסטרופיזיות, כמה אנרגיה הוא יכול להעביר ואם הוא יכול ליצור חתימות שאפשר לזהות בגלי כבידה.
שאלות ותשובות
מהו "איחוי כבידה"?
תהליך תאורטי שבו מבנים מתמטיים של שדה הכבידה, "יריעות" שדה, נשברים ומתחברים מחדש בתצורה אחרת, ואנרגיה עוברת משדה הכבידה לחומר.
מה הקשר להתפרצויות בשמש?
בשמש, קווי שדה מגנטי נשברים ומתאחים ומשחררים אנרגיה בתהליך של איחוי מגנטי. החוקרים מצאו שמשוואות איינשטיין, כשכותבים אותן בצורה אחרת, דומות למשוואות של פלזמה, ולכן מאפשרות תהליך מקביל בכבידה.
האם התהליך נצפה בטבע?
לא. זו תוצאה תאורטית בלבד. השלב הבא הוא לבדוק אם היא מתרחשת בסביבות אסטרופיזיות ואם היא משאירה סימנים בגלי כבידה.
למה זה חשוב לחקר חורים שחורים?
המגבלות שנחשפו במשוואות יכולות לעזור לחזות איך המרחב-זמן מתנהג בהתנגשויות בין חורים שחורים, בלי לחשב כל פרט, וכך לשפר את התחזיות לגלי הכבידה שגלאים כמו LIGO מודדים.
המאמר המדעי
Luca Comisso ו-Felipe A. Asenjo, איחוי כבידה במשוואות איינשטיין, Physical Review D (2026)
מקור: הודעת אוניברסיטת קולומביה; SciTechDaily
עוד בנושא באתר הידען
- ניסוי לייזר חושף כיצד שדות מגנטיים משחררים אנרגיה
- מפולת מגנטית כמנגנון מניע להתפרצויות שמש
- אסטרונומים מאמתים תיאוריה של איינשטיין: חור שחור מעוות את המרחב-זמן
- הוקינג צדק: נתונים חדשים מאשרים שחורים שחורים אינם מתכווצים
- מדענים פתרו תעלומת חורים שחורים בת מאה שנה
