Księża z Watykańskiego Obserwatorium Astronomicznego odkryli nowe oblicza grawitacji

Dwaj księża-naukowcy z Watykańskiego Obserwatorium Astronomicznego dokonali przełomowego odkrycia w opisie grawitacji. Wykazali, że dwa pozornie różne modele mogą prowadzić nie tylko do tych samych wyników, ale także do zupełnie nowych rozwiązań równań Einsteina. Ich praca pokazuje, że matematyka może otwierać drzwi do nieznanych dotąd obszarów fizyki.

Dwa obrazy tej samej grawitacji

Jezuita o. Gabriele Gionti oraz ks. Matteo Galaverni odkryli, że istnieją dwa różne sposoby opisu grawitacji w obecności tzw. pola skalarnego: tzw. „układ Jordana” i „układ Einsteina”. Choć pozornie różne, przy zastosowaniu odpowiednich narzędzi matematycznych okazują się opisywać tę samą fizykę, a nawet mogą prowadzić do odkrycia zupełnie nowych rozwiązań równań Einsteina. Odkrycie watykańskich badaczy opublikowano w „European Journal of Physics C”.

W czym tkwi sekret?

Badacze zastosowali formalizm Hamiltona ADM, który pozwala w precyzyjny sposób wykazać matematyczną równoważność obu opisów — ale tylko wtedy, gdy spełnione są określone warunki. „Odpowiednia analiza warunków brzegowych jest kluczowa. Tylko wtedy otrzymujemy poprawne równania ruchu. Dotychczasowe wyniki były niepełne” – piszą o. Gionti i ks. Galaverni. Dzięki ich pracy udało się uzyskać pełne i matematycznie spójne równania w obu układach.

Nowe światy dzięki matematyce

Najbardziej niezwykły efekt pojawia się, gdy przejście między układami staje się osobliwe. „Jeśli transformacja jest regularna, zachowuje się równoważność: każdemu rozwiązaniu w układzie Jordana odpowiada jedno w układzie Einsteina. Ale jeśli transformacja staje się osobliwa – pojawiają się nowe rozwiązania” – tłumaczą naukowcy. I w ten sposób nowe rozwiązania pojawiają się w miejscach, których nie dało się dostrzec wcześniej - jakby matematyka otwierała drzwi do nieznanych światów.

Takie nowe rozwiązania mogą oznaczać np. czarne dziury lub tzw. „nagie osobliwości” – zjawiska nieobserwowane wcześniej w standardowych modelach kosmologicznych. To dowód, że język matematyki nie tylko opisuje, ale i kształtuje to, co pojmujemy jako rzeczywistość.

To odkrycie zbliża nas do zrozumienia czarnych dziur, początku wszechświata i – być może – zjednoczenia grawitacji z mechaniką kwantową.

Źródło: KAI / tk