Исследователи в области физики проанализировали уравнения Эйнштейна, обнаружив их сходство с уравнениями, описывающими плазму, и разработали математическую модель «гравитационного пересоединения». Согласно этой модели, подобно тому, как магнитные силовые линии разрываются и соединяются в плазме, гравитационные «листы» пространства-времени также способны к разрыву и слиянию, что приводит к передаче энергии из поля в вещество.

Более чем через столетие после того, как Альберт Эйнштейн сформулировал уравнения, описывающие гравитацию, физики продолжают открывать для себя новые аспекты этих уравнений. Одним из эффективных подходов является преобразование уравнений путем изменения переменных. Математически это остается неизменным, однако структура уравнений претерпевает изменения, что позволяет применять к гравитации методы, используемые в других областях физики.

В рамках поиска новых решений авторы недавней научной работы за последнее время пересмотрели Общую теорию относительности таким образом, что она стала напоминать электродинамику и физику плазмы – состояние вещества, из которого состоит Солнце и значительная часть Вселенной. В таком представлении гравитационное поле приобретает аналоги электрических и магнитных характеристик.

Магнитное пересоединение представляет собой один из ключевых процессов, происходящих в плазме. Магнитные силовые линии подвергаются растяжению и скручиванию, после чего разрываются и вновь соединяются, формируя новую структуру. В результате высвобождается энергия, что является механизмом возникновения солнечных вспышек. Ранее проведенные исследования выявили наличие топологических ограничений в идеальной эволюции гравитационного поля, аналогичных «замороженности» магнитных линий.

В рамках нового исследования авторы создали теорию, объясняющую механизм «разрушения» и пересоединения гравитационного поля. Результаты опубликовали в журнале Physical Review D.

В силу четырехмерности пространства-времени, гравитация проявляется не силовыми линиями, а «листами» – пучками линий, свернутыми в плоскости. Важно отметить, что это математические абстракции, а не физически существующие объекты. В идеальных условиях связность этих листов сохраняется: они могут деформироваться, однако разрывы и слияния исключены.

Для учета реальных условий теоретики отказались от строгого идеального условия и ввели параметр, характеризующий отклонения от него. При этом само по себе наличие отклонений не всегда приводит к пересоединению; во многих случаях его можно нейтрализовать путем изменения поля переноса, что восстанавливает первоначальный запрет. Истинное пересоединение возможно только тогда, когда такое отклонение невозможно устранить подобным образом.

В дальнейшем физики внедрили числовые показатели скорости перестройки – по примеру магнитного пересоединения в плазме. Проведенные расчеты продемонстрировали, что этот процесс влияет на взаимодействие энергии и импульса между гравитационным полем и материей, а также создает возможность возникновения и прекращения существования гравитационной спиральности — параметра, характеризующего квантовую запутанность поля. Факторами, вызывающими отклонения от идеала, могут выступать сингулярности пространства-времени, например, в окрестностях черных дыр, эффекты излучения Хокинга на квантовом уровне или изменения Общей теории относительности.

В результате проведенных исследований физики установили, что гравитационное пересоединение представляет собой математически реализуемый механизм: он обеспечивает изменение структуры связности поля, перераспределяет энергию между полем и веществом, а также модифицирует спиральность. Подтверждение справедливости данной теории в практических условиях – например, при слиянии черных дыр – станет задачей будущих научных изысканий.

Если гравитационное пересоединение будет наблюдаться в процессе слияния черных дыр, оно оставит характерный отпечаток в энергии события и форме гравитационных волн, регистрируемых обсерваториями, такими как LIGO. Проверка этого предположения является следующим этапом исследований.