Tudomány

Einstein egyenletei újabb meglepetést tartogatnak: a gravitáció is képes lehet elszakadni

Egy új elméleti kutatás szerint a gravitációs tér bizonyos matematikai szerkezetei megszakadhatnak, majd újrarendeződhetnek, hasonlóan a Nap mágneses terében zajló folyamatokhoz. A felfedezés új magyarázatot kínálhat arra, hogyan cserél energiát az anyag és a gravitáció szélsőséges kozmikus események során.

2026.11.14 16:43ma.hu
nyomtatásKinyomtatom
+Nagyobb betűméret-Kisebb betűméretbetűméret

Több mint száz évvel az általános relativitáselmélet megszületése után a kutatók még mindig találnak meglepő összefüggéseket Albert Einstein egyenleteiben. A Columbia Egyetem és a chilei Adolfo Ibáñez Egyetem két fizikusa most arra jutott, hogy a gravitáció bizonyos körülmények között a mágneses térhez hasonló módon rendeződhet át.

A Physical Review D folyóiratban október 28-án megjelent tanulmány egy olyan elméleti folyamatot ír le, amelyet a kutatók gravitációs újrakapcsolódásnak neveznek. Ennek során a gravitációs tér matematikailag meghatározott, lapszerű szerkezetei megszakadhatnak, majd más elrendezésben kapcsolódhatnak össze.

A jelenség megértéséhez érdemes a Nap működéséből kiindulni. A napkitörések egyik legfontosabb kiváltó oka a mágneses újrakapcsolódás. A Napot alkotó forró, elektromosan töltött plazmában a mágneses tér szerkezete folyamatosan változik. A mágneses erővonalak megnyúlhatnak, összecsavarodhatnak, majd bizonyos körülmények között átrendeződhetnek, miközben jelentős mennyiségű energia szabadul fel.

Luca Comisso, a Columbia Egyetem asztrofizikusa és Felipe Asenjo chilei fizikus azt vizsgálta, hogy létezhet-e ehhez hasonló folyamat a gravitáció esetében is.

Első pillantásra a két jelenség között nincs nyilvánvaló kapcsolat. A mágnesesség az elektromágneses kölcsönhatás része, míg Einstein elmélete szerint a gravitáció a téridő görbületéből ered. A kutatók azonban az általános relativitáselmélet egy speciális matematikai leírását, az úgynevezett tetrádformalizmust alkalmazták, amelyben a gravitáció bizonyos tulajdonságai az elektromos és mágneses terekhez hasonló mennyiségekkel fejezhetők ki.

Egy korábbi, a Physical Review Letters folyóiratban megjelent munkájukban már kimutatták, hogy ebben a leírásban a gravitációs tér kétdimenziós, lapszerű struktúrákkal is jellemezhető.

Ezek a gravitációs térlapok nem hagyományos értelemben vett anyagi felületek. Egyik dimenziójuk a térben, a másik az időben húzódik, így lényegében azt mutatják meg, hogyan változik egy adott térbeli vonal az idő előrehaladtával.

Egyetlen időpillanatban vizsgálva ezeket a lapokat vonalakként érzékelnénk, hasonlóan a mágneses tér szemléltetésére használt erővonalakhoz.

A kutatók korábban arra jutottak, hogy bizonyos feltételek mellett ezek a szerkezetek úgy változnak, hogy közben megőrzik kapcsolódási viszonyaikat. Az új tanulmány azonban kimutatta, hogy ez a szabály nem minden körülmények között érvényes.

A gravitációs térlapok matematikai értelemben megszakadhatnak, majd új kapcsolódási mintázatot alakíthatnak ki. A folyamat azonban nem automatikus: a kutatók szerint önmagában az eredeti szerkezet megőrzésére vonatkozó feltétel megszűnése még nem elegendő a valódi újrakapcsolódáshoz.

Előfordulhat ugyanis, hogy a térlapok csupán elmozdulnak az őket leíró áramláshoz képest, miközben egy másik matematikai leírásban továbbra is megőrzik eredeti kapcsolataikat. Valódi újrakapcsolódásról csak akkor beszélhetünk, ha ilyen alternatív leírás nem létezik.

Comisso és Asenjo olyan egyenleteket is levezetett, amelyekkel meghatározható a feltételezett gravitációs újrakapcsolódás sebessége, valamint az energia és a lendület átadására gyakorolt hatása.

Az általános relativitáselméletben az anyag és a gravitáció közötti energia- és impulzuscsere leírása különösen összetett. Az új eredmények szerint az újrakapcsolódás módosíthatja ennek a kölcsönhatásnak a helyi ütemét.

A kutatók egy másik tulajdonság, a gravitációs helicitás változását is vizsgálták. Ez a mágneses helicitáshoz hasonló matematikai mennyiség, amely a tér szerkezeteinek csavarodását és összekapcsolódását jellemzi. Míg a kapcsolataikat megőrző térlapok esetében ez a mennyiség állandó maradhat, az újrakapcsolódás megváltoztathatja.

A kutatás különlegessége, hogy mindehhez nincs szükség új fizikai törvények feltételezésére. Az eredmények teljes egészében Einstein általános relativitáselméletéből következnek.

Az egyelőre nyitott kérdés, hogy a gravitációs újrakapcsolódás valóban létrejön-e a természetben, és ha igen, milyen körülmények között.

A kutatók több lehetséges kiváltó tényezőt is megneveztek. Ilyenek lehetnek a fekete lyukak középpontjához kapcsolódó szingularitások, az egyenként nem követhető apró gravitációs hullámok együttes hatásai, valamint a fekete lyukak feltételezett Hawking-sugárzásával összefüggő kvantumjelenségek.

Különösen érdekesek lehetnek a fekete lyukak összeolvadásai és a neutroncsillagok ütközései. Ezekben az eseményekben rendkívül erős gravitációs terek alakulnak ki, és a téridő szerkezete rövid idő alatt drámai változásokon megy keresztül.

Az ilyen kozmikus ütközések gravitációs hullámokat keltenek, amelyeket a LIGO és más detektorok már képesek érzékelni. A kutatók következő célja annak megállapítása, hogy a gravitációs újrakapcsolódás hozzájárulhat-e az energiaátadáshoz ezekben a folyamatokban, és hagyhat-e felismerhető nyomot a mért gravitációs hullámokban.

Ez azért lenne különösen fontos, mert lehetőséget teremthetne az elméleti előrejelzések megfigyelésekkel történő ellenőrzésére.

A tanulmány ugyanakkor nem azt állítja, hogy maga a gravitáció fizikai értelemben elszakadna, vagy hogy a téridő valóban darabokra törne. A kutatók egy speciális matematikai leírásban megjelenő szerkezetek átrendeződését vizsgálták, amelynek közvetlen fizikai megnyilvánulását egyelőre nem sikerült igazolni.

Ha azonban a jelenségnek valóban van megfigyelhető megfelelője, az új szempontokat adhat a világegyetem legnagyobb energiájú eseményeinek megértéséhez – méghozzá anélkül, hogy át kellene írni Einstein több mint százéves elméletét.

Amennyiben a Könyjelző eszköztárába szeretné felvenni az oldalt, akkor a hozzáadásnál a Könyvjelző eszköztár mappát válassza ki. A Könyvjelző eszköztárat a Nézet / Eszköztárak / Könyvjelző eszköztár menüpontban kapcsolhatja be.