Опрос
|
реклама
Быстрый переход
Учёные описали новый механизм передачи энергии от гравитации к веществу — подобно вспышкам на Солнце
28.10.2026 [21:16],
Геннадий Детинич
Физики из Колумбийского университета (Columbia University) в США и Университета Адольфо Ибаньеса (Universidad Adolfo Ibáñez) в Чили представили теоретическое описание процесса, который назвали гравитационным пересоединением. Процесс работает подобно магнитному пересоединению, например при вспышках на Солнце, только в данном случае речь идёт о гравитационных полях. 
Источник изображения: ИИ-генерация Grok/3DNews О серьёзности работы говорит её публикация в журнале Physical Review D и финансирование NASA. Учёные обосновали, что при определённых условиях структуры гравитационного поля могут изменять взаимное соединение, что будет сопровождаться перераспределением энергии между гравитационным полем и веществом. Исследование основано на новом способе математического представления уравнений общей теории относительности Альберта Эйнштейна. Авторы не утверждают, что обнаружили этот процесс экспериментально: всё это пока теория, но внутренне она непротиворечива. Идея возникла у автора работы из Чили, который годами работал с плазмой. В физике плазмы магнитное пересоединение — это хорошо известный процесс, при котором магнитные силовые линии меняют конфигурацию, высвобождая накопленную энергию и передавая её заряженным частицам (плазме). Солнце регулярно выбрасывает облака плазмы в разных направлениях, в том числе в сторону Земли, вызывая интенсивные полярные сияния, когда такие облака точно попадают в цель. Безусловно, с гравитацией всё сложнее, поскольку в общей теории относительности пространство-время имеет четыре измерения, поэтому соответствующие структуры гравитационного поля математически описываются не линиями, а поверхностями, или листами, тогда как при описании магнитных полей оперируют линиями (мы все их видели, поднеся магнит к железным опилкам). Ещё одна важная оговорка: к счастью или нет, но в процессе пересоединения гравитационных полей разрыва пространства-времени не происходит. Учёные описывают этот процесс как изменение связности полей — ни в пространстве, ни во времени никто не потеряется. В основе работы лежит так называемая тетрадная формулировка общей теории относительности (тетрада — это четвёрка по-гречески), в которой геометрические свойства пространства-времени выражаются с помощью локальных систем отсчёта — наборов из четырёх взаимно независимых векторов. Авторы рассматривают условие, аналогичное закону Ома для идеальной плазмы: при его выполнении сохраняются гравитационные потоки и связность полевых листов. Если это условие нарушается, связность может измениться и возникает гравитационное пересоединение. В статье исследователи также выводят количественные характеристики скорости такого процесса и анализируют его влияние на обмен энергией и импульсом между гравитационным полем и веществом, а также на ряд других параметров. Практическое значение этой работы ещё предстоит установить. Учёные считают, что предложенный подход поможет анализировать динамику сильно искривлённого пространства-времени, в частности при слиянии чёрных дыр и других компактных объектов. Сейчас подобные процессы изучают преимущественно методами численной теории относительности, решая уравнения Эйнштейна на суперкомпьютерах. Новая теория может дать дополнительные ограничения для таких расчётов и помочь оценить возможные изменения энергии, выделяемой при астрофизических событиях. К слову, гравитационно-волновые обсерватории вроде LIGO не интерпретируют результаты наблюдений самостоятельно. Чтобы понять суть зарегистрированного ими сигнала, для начала запускают множество симуляций и только после этого ищут совпадение между полученными моделями и зарегистрированным сигналом. Если исходные данные для моделей в чём-то ошибочны, это приведёт к неправильной интерпретации наблюдения. Тем самым ещё один канал получения данных о сильных гравитационных возмущениях, сопровождающихся возможной передачей энергии веществу, лишним не будет, если предложенная теория найдёт подтверждение в астрофизических явлениях. Но это уже другая история. А если подключить фантазию, то можно представить космические электростанции, основанные на пересоединении гравитационных полей чёрных дыр и других компактных объектов. Физики 10 лет измеряли гравитационную постоянную — и снова не сошлись в значении «большой G»
11.05.2026 [13:04],
Дмитрий Федоров
Физики из Национального института стандартов и технологий (NIST) в США завершили десятилетний эксперимент по измерению гравитационной постоянной G. Результат разошёлся с предыдущим французским измерением и с международным справочным значением, но указал на прежде не учтённый источник ошибки. 
Источник изображения: nist.gov, ioppublishing.org Гравитационная постоянная, известная как «большая G», описывает силу притяжения между массами. Это одна из фундаментальных констант физики, однако её точное значение наука не может установить уже более 200 лет. Гравитация — самое слабое из четырёх фундаментальных взаимодействий природы, и потому в лаборатории её сложнее всего измерить точно. На сегодня известны 16 экспериментальных значений G, полученных разными группами. «Эти точки данных сильно разбросаны, а погрешность составляет около 10 миллионных долей», — рассказал физик NIST Стефан Шламмингер (Stephan Schlamminger) изданию Refractor. Команда Шламмингера не стала проводить новый эксперимент. Вместо этого учёные воспроизвели опыт 2014 года, проведённый в Международном бюро мер и весов (BIPM) во Франции. Для этого ту самую установку перевезли через Атлантику в лабораторию NIST в Гейтерсберге, штат Мэриленд. Выбор был не случаен: именно эксперимент BIPM дал одно из самых отклоняющихся значений «большой G», и его воспроизведение могло помочь обнаружить скрытые систематические погрешности. Работа началась в 2016 году и заняла десять лет. Учёные определили G равной 6,67387 ± 0,00038 × 10⁻¹¹ м³·кг⁻¹·с⁻² — на 0,0235 % ниже результата исходного французского эксперимента. В физике, где другие фундаментальные константы измерены с высокой точностью — до многих знаков после запятой, такое расхождение остаётся существенным. Главная находка — прежде не описанный эффект остаточного воздуха. Для работы установки из камеры откачивают воздух, создавая вакуум, но полностью удалить его невозможно. «Всегда остаётся немного воздуха — так называемое остаточное давление», — поясняет Шламмингер. Этот воздух действует на установку с небольшой силой, которую предыдущие эксперименты не учитывали. Это может приблизить нас к объяснению того, почему результаты разных измерений G до сих пор не сходятся. Впрочем, распространять эту находку на другие эксперименты Шламмингер пока не готов. «Нам нужно рассмотреть каждый эксперимент по отдельности и разобраться, что именно в нём делалось», — заявил он. Новое значение несколько ниже значения, рекомендованного CODATA в 2018 году, но причину расхождения определить пока не удаётся. «Пока что мы считаем, что дело может быть в целом ряде эффектов, но определить, в чём именно состоят расхождения, мы ещё не можем», — подытожил учёный. NASA разработало первый космический квантовый датчик для создания самой точной карты гравитации Земли
16.04.2025 [11:00],
Геннадий Детинич
Учёные NASA в журнале EPJ Quantum Technology опубликовали статью, в которой сообщили о разработке первого космического квантового датчика для измерения силы тяжести вблизи Земли. Новый прибор сможет с высочайшей точностью создавать гравитационную карту планеты. Это поможет в навигации, в космических программах, а также позволит дистанционно определять залежи полезных ископаемых, включая нефть и питьевую воду. 
Пример гравитационной карты Земли (красным обозначены области повышенной гравитации, синим — пониженной). Источник изображения: NASA Квантовые датчики гравитации используют тот же принцип измерения силы тяжести, что и обычные датчики, только они будут на порядок чувствительнее. Для этого в квантовых датчиках в качестве тестовых масс, по ускорению падения которых определяется сила тяжести в конкретной точке пространства, используются атомы. В остальном всё происходит похожим образом. В зависимости от силы тяжести в каждой конкретной точке пространства тестовая масса будет падать с большим или меньшим ускорением. Тем самым далеко внизу на Земле и под её поверхностью, над которой пролетает спутник с датчиком, будет сосредоточено либо больше массы, либо меньше. В качестве тестовой массы квантовый датчик Quantum Gravity Gradiometer Pathfinder (QGGPf) использует сверхохлаждённые атомы рубидия. Охлажденные до температуры, близкой к абсолютному нулю, частицы в облаках атомов будут вести себя как волны. Квантовый гравитационный градиентометр измерит разницу в ускорении между волнами этой материи, чтобы обнаружить гравитационные аномалии. В процессе разработки датчика QGGPf и спутниковой системы для него NASA сотрудничает с рядом компаний и центров исследований. Так, технологию сенсорных головок команда JPL разрабатывает с компаниями AOSense и Infleqtion. Центр NASA им. Годдарда вместе с Vector Atomic трудится над усовершенствованием лазерной оптической системы. Квантовый датчик обещает оказаться достаточно компактным для размещения на борту одного сравнительно небольшого корабля. Его объём будет на уровне 0,25 м³, а масса составит около 125 кг. Традиционные гравитационные приборы космического базирования заметно больше и тяжелее. Первые полётные испытания элементов квантового гравитационного датчика запланированы на конец текущего десятилетия. Дата вывода в космос полноценного квантового научного прибора не установлена — ещё предстоит преодолеть достаточно много технических барьеров. Помимо составления гравитационной карты Земли квантовый датчик поможет изучать планеты Солнечной системы и внесёт свой вклад в фундаментальную физику. В своей области он станет самым совершенным и первым такого рода научным инструментом. |
© 1997—2026 3DNews
При цитировании документа ссылка на сайт с указанием автора обязательна. Полное заимствование документа является
нарушением
российского и международного законодательства и возможно только с согласия редакции 3DNews.
MWC 2018
2018
Computex
IFA 2018
