فیزیک‌دانان با بازنگری در معادلات نسبیت عام اینشتین به امکان پدیده‌ای شگفت‌انگیز در میدان‌های گرانشی رسیده‌اند: این میدان‌ها ممکن است تحت شرایط خاص، ساختار ارتباطی خود را تغییر دهند، بشکنند و در آرایشی جدید دوباره به یکدیگر متصل شوند؛ رفتاری که پیش‌تر در میدان‌های مغناطیسی مشاهده شده است.
به گزارش سیناپرس،این پدیده نظری که پژوهشگران آن را «بازپیوند گرانشی» (Gravitational Reconnection) نامیده‌اند، می‌تواند درک دانشمندان از رفتار فضا-زمان، انتقال انرژی و پدیده‌های عظیم کیهانی مانند برخورد سیاه‌چاله‌ها را تغییر دهد.
این پژوهش توسط لوکا کومیسو از دانشگاه کلمبیا و فیلیپه آسنخو از دانشگاه آدولفو ایبانز در شیلی انجام شده و نتایج آن در نشریه علمی Physical Review D منتشر شده است.
گرانش هم می‌تواند رفتاری شبیه میدان مغناطیسی داشته باشد؟
درک روزمره ما از گرانش، نیرویی است که اجسام را به سمت یکدیگر جذب می‌کند و باعث می‌شود روی سطح زمین باقی بمانیم. اما براساس نظریه نسبیت عام اینشتین، گرانش در واقع با انحنای فضا-زمان بر اثر وجود جرم و انرژی توصیف می‌شود.
از سوی دیگر، میدان‌های مغناطیسی نیز رفتارهای پیچیده‌ای دارند. برای مثال، در خورشید خطوط میدان مغناطیسی گاهی می‌شکنند و دوباره با آرایشی متفاوت به یکدیگر متصل می‌شوند. این فرایند که «بازپیوند مغناطیسی» نام دارد، می‌تواند مقدار زیادی انرژی آزاد کند و در شکل‌گیری شراره‌های خورشیدی نقش داشته باشد.
کنون محاسبات ریاضی جدید نشان می‌دهد میدان‌های گرانشی نیز ممکن است تحت شرایط خاص، سازوکاری مشابه داشته باشند.
وقتی ساختار میدان گرانشی تغییر می‌کند
پژوهشگران با استفاده از صورت‌بندی ریاضی معادلات اینشتین که شباهت‌هایی میان گرانش و الکترومغناطیس آشکار می‌کند، بررسی کردند که اگر شرایط حفظ پیوندهای میدان گرانشی از بین برود، چه اتفاقی رخ می‌دهد.نتایج نشان داد در برخی شرایط، ساختارهای ریاضی توصیف‌کننده میدان گرانشی می‌توانند تغییر آرایش دهند و دوباره به شکل متفاوتی به یکدیگر متصل شوند. البته این اتفاق به معنای پاره شدن خود فضا-زمان نیست.
به توضیح کومیسو، میدان گرانشی را می‌توان با ساختارهایی ریاضی شبیه ورقه‌هایی در چهار بُعد فضا-زمان توصیف کرد؛ سه بُعد مکانی و یک بُعد زمانی. این ساختارها اجسام فیزیکی واقعی نیستند، بلکه ابزارهایی برای درک رفتار میدان گرانشی محسوب می‌شوند.
این ورقه‌ها می‌توانند کشیده یا خمیده شوند و در شرایط خاص، ارتباطات میان بخش‌های مختلف آن‌ها تغییر کند.
یکی از مهم‌ترین کاربردهای احتمالی این یافته، بررسی رویدادهای عظیم کیهانی مانند ادغام سیاه‌چاله‌ها و فروپاشی ستاره‌های پرجرم است.دانشمندان امروزه با استفاده از ابررایانه‌ها می‌توانند تغییرات فضا-زمان را در چنین رویدادهایی شبیه‌سازی کنند؛ اما شناخت دقیق سازوکارهای فیزیکی انتقال انرژی و تکانه در این فرایندها همچنان یک چالش مهم است.بازپیوند گرانشی ممکن است چارچوب تازه‌ای برای توضیح این سازوکارها فراهم کند.
پژوهشگران همچنین احتمال می‌دهند این پدیده بتواند اثر مشخصی بر امواج گرانشی ناشی از برخورد سیاه‌چاله‌ها بر جای بگذارد. در صورت تأیید این فرضیه، شاید بتوان نشانه‌های آن را در داده‌های رصدخانه‌های موج گرانشی مانند LIGO، Virgo و KAGRA جست‌وجو کرد.
آیا این پدیده در جهان مشاهده شده است؟
با وجود اهمیت نظری این کشف، هنوز هیچ مشاهده مستقیمی از بازپیوند گرانشی در طبیعت انجام نشده است.این پژوهش در حال حاضر یک چارچوب نظری و ریاضی برای امکان وقوع چنین پدیده‌ای ارائه می‌دهد و دانشمندان باید در تحقیقات بعدی مشخص کنند که این فرایند دقیقاً تحت چه شرایطی رخ می‌دهد و چه تأثیری بر رویدادهای اخترفیزیکی دارد.
محققان امیدوارند شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای و بررسی دقیق داده‌های امواج گرانشی بتواند به شناسایی نشانه‌های احتمالی این پدیده کمک کند.این پژوهش در نشریه علمی Physical Review D منتشر شده است.