Ano ang kulay ng gravity?

written by C.J. Palpal-latoc

graphics by Jansen Wong

ISA SA MGA DAKILANG NAGAWA NG TAO AY ang pagkuha ng kauna-unahang litrato ng isang bagay na higit pa sa ilang bilyong kilometro ang layo. Abril ng nakaraang taon, inanunsyo ng Event Horizon Telescope Collaboration ang unang larawan ng black hole sa gitna ng M87 galaxy. Karagdagang ebidensiya ang larawan na ito sa madami pang ibang ebidensiya na pumapabor sa General Relativity (GR), ang teorya ng gravity na pamana ni Albert Einstein.

Gayunpaman, kahit madami nang tagumpay ang GR, hindi pa rin matiyak ng mga pisiko kung ito na nga ang tamang teorya ng gravity. Sa katotohanan, kahit nakatitiyak na ang mga pisiko na may mga black hole, hindi naman nila masabi na ang mga black hole na kanilang natukoy ay pareho sa mga black hole na pinapalagay ng GR.

May mga black hole kasi na pinapalagay ng ibang teorya ng gravity na halos kaparehas ng mga black hole sa GR. Itong mga black hole na ito ay magkamukha kaya hindi mo sila mapagiiba base lang sa litrato. Ang sitwasyon ay para bang alam na natin ang kulay ng isang bagay, hal. blue, (i.e. may black hole) pero kung anong partikular na uri (i.e. teorya)—light blue, navy, cerulean—hindi tayo sigurado.

Aktibong pinag-aaralan ang mga alternatibong teoryang ito ng Gravity Group sa National Institute of Physics (NIP). Sa isang papel 1 na nailathala noong nakaraang Enero, ipinakita nina Reginald Bernardo at John Celestial, mga gradwadong mag-aaral ng grupo, at ni Prop. Ian Vega, ang tagapanguna ng grupo, na pwedeng magkaroon ng mga ganitong malaGR na black hole (i.e. black hole na kamukha ng black hole sa GR) sa isang interesanteng alternatibong teorya ng gravity.

Ang teoryang tinutukoy ay tinatawag na kinetic gravity braiding (KGB). Mapapakunot man ang noo mo sa pangalan nito, ang KGB ay kabilang na sa mga pinakasimpleng grupo ng mga alternatibong teorya. Interesante ang teoryang ito sapagkat hindi tulad ng iba, hindi pa ito napapabulaanan. Noong 2016, inanunsyo ng Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory (LIGO) ang kauna-unahang gravitational wave (GW)—wave na kahalintulad ng water wave subalit imbis na tubig, ang space (at time) mismo ang nagagambala. (Isa din ito sa makasaysayan at mabibigat na ebidensya para sa GR.) Nang sumunod na taon, muling nakatuklas ang LIGO ng bagong GW at napagalamang ito ay kasimbilis ng liwanag. Dahil dito, napawalang-saysay ang mga teoryang nagsasaad ng ibang bilis. Kasing bilis ng liwanag ang GW ng KGB kaya ligtas ito kasama ang iilang natitirang teorya.

Tulad ng alinmang teorya sa pisika, ang puno’t dulo ng KGB ay napapaloob sa tinatawag na “aksyon.” Ang “aksyon” ay isang ekwasyon na gumaganap bilang zip file ng isang teorya at naglalaman ng katangian nito. Halimbawa, sa aksyon nakukuha ang mga equation of motion na nagsasaad kung paano gagalaw ang isang bagay na naaapektuhan ng nauukol na pwersa (hal. pwersa ng gravity). Ang aksyon ng KGB ay binagong bersyon ng aksyon ng GR. Sa katotohanan, dinagdagan lamang ang mga term ng aksyon ng GR.

Sa KGB, ang mga dinagdag na term ay mga function ng “scalar field “ at ng “kinetic density” ng scalar field na ito. Kaya kung ang aksyon ng GR ay “A = f(x)” halimbawa, ang aksyon ng KGB ay “A = f(x) + g(scalar fied, kinetic density).” Ang scalar field ay isang function din at binabago nito ang behavior ng gravity. Ayon kay Celestial, hindi natin alam kung ano ang kinakatawan ng scalar field na ito pero hindi rin siya iniisip bilang source ng gravity tulad ng mga regular na bagay na may mass. Samantala, ang kinetic density naman ay maiisip daw bilang kinetic energy ng scalar field na ito.

Bago ang papel nina Bernardo, inaakala na upang makakuha ng mala-GR na black hole sa KGB, na may teknikal na ngalang “stealth black hole,” kailangan na ang mga dinagdag na mga term ay function ng parehong scalar field at ng kinetic density nito. Hindi pwedeng kinetic density lang kunwari. Idiniin nila na nananatiling tama ang akala na ito pero kapag lamang nakaangkla sa kondisyon na hindi constant ang kinetic density. Papaano na kung nagbabago ito? Ito ang binigyang pansin nina Bernardo at sa pagsaalang-alang nila ng kondisyong ito, nakahanap sila ng mga solusyon buhat sa aksyon na naglalarawan sa mga stealth black hole.

Ang implikasyon nitong lahat ay ngayo’y alam na nating mas marami pa palang mga stealth black hole kaysa sa dating inaakala. Ibig sabihin, kung may nakita tayong black hole na kamukha ng black hole na sinasabi ng GR, mas lalo na tayong hindi nakasisiguro kung ano ang tamang teorya na naglalarawan dito. Kung babalik tayo sa ating color analogy, parang nakahanap pa tayo ng bagong tipo ng blue.

Sa kabila nito, may pag-asa pa rin tayong makahanap ng eksaktong teorya. Kapag nakatukoy na ng mga bagong GW ang Laser Interferometer Space Antenna (LISA), ang kapatid ng LIGO na nakatakda para sa space, inaasahan na magkakaroon ng mga bagong limitasyon sa mga teorya ng gravity. At ang mga limitasyong ito ang makakatulong sa ating maiabante ang ating kaalaman. Pero hanggang sa puntong iyon, kung papipiliin mo ng isang teorya ng gravity ang isang pisiko, para mo na rin siyang tinanong kung anong paborito niyang kulay.

References

1. Reginald Christian Bernardo, John Celestial and Ian Vega, “Stealth black holes in shift-symmetric kinetic gravity braiding,” Physical Review D 101, no. 2 (2020).