Watykańscy naukowcy odkrywają nowe oblicze grawitacji

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”. 

Gdzie 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.