Πώς ένα σωματίδιο μπορεί να σταθεί ακόμα σε περιστρεφόμενο χωροχρόνο

Στο πλαίσιο της γενικής σχετικότητας, είναι πράγματι δυνατό για ένα σωματίδιο να παραμένει ακίνητο σε περιστρεφόμενο χωροχρόνο, παρόλο που ο περιβάλλον χωροχρόνος βρίσκεται σε κίνηση. Αυτό το φαινόμενο, γνωστό ως συρρίκνωση πλαισίου, συμβαίνει λόγω της καμπυλότητας του χωροχρόνου που προκαλείται από την περιστροφή μαζικών αντικειμένων.

Εξετάστε ένα τεράστιο αντικείμενο, όπως μια περιστρεφόμενη μαύρη τρύπα ή ένα αστέρι νετρονίων. Η περιστροφή του αντικειμένου δημιουργεί ένα βαρυτικό πεδίο που σέρνει τον χωροχρόνο γύρω του, με αποτέλεσμα μια στροβιλιζόμενη κίνηση του χωροχρόνου. Αυτό το αποτέλεσμα σύρματος είναι πιο έντονο πιο κοντά στο περιστρεφόμενο αντικείμενο και μειώνεται καθώς κάποιος κινείται πιο μακριά.

Φανταστείτε ένα σωματίδιο τοποθετημένο σε αυτό το περιστρεφόμενο χωροχρόνο. Εάν το σωματίδιο απέχει επαρκώς από το περιστρεφόμενο αντικείμενο, τα αποτελέσματα της διαρροής πλαισίου θα είναι ελάχιστα και το σωματίδιο θα κινηθεί κατά μήκος μιας ευθείας διαδρομής, όπως αναμένεται σε επίπεδο χωροχρόνο. Ωστόσο, καθώς το σωματίδιο μετακινείται πιο κοντά στο περιστρεφόμενο αντικείμενο, η επίδραση της περιστροφής πλαισίου γίνεται ισχυρότερη.

Λόγω της καμπυλότητας του χωροχρόνου, η τροχιά του σωματιδίου αρχίζει να αποκλίνει από μια ευθεία γραμμή. Η επίδραση σύρματος του περιστρεφόμενου χωροχρόνου προκαλεί την κίνηση του σωματιδίου σε κυκλική τροχιά γύρω από το περιστρεφόμενο αντικείμενο, ακόμη και χωρίς καμία εφαρμοζόμενη εξωτερική δύναμη. Αυτή η κίνηση μοιάζει με εκείνη ενός πλανήτη που περιστρέφεται γύρω από ένα αστέρι, αλλά σε αυτή την περίπτωση, είναι ο ίδιος ο χώρος που καθοδηγεί τη διαδρομή του σωματιδίου.

Η αντοχή της περιστροφής πλαισίου εξαρτάται από τη μάζα και τη γωνιακή ορμή του περιστρεφόμενου αντικειμένου, καθώς και από την απόσταση από το αντικείμενο. Για εξαιρετικά μαζικά και ταχέως περιστρεφόμενα αντικείμενα, το φαινόμενο απόσπασης του πλαισίου μπορεί να είναι σημαντικό και τα σωματίδια μπορούν να παραμείνουν σε σταθερές κυκλικές τροχιές χωρίς να δαπανούν καμία ενέργεια.

Αξίζει να σημειωθεί ότι η διαρροή πλαισίου είναι ένα σχετικιστικό αποτέλεσμα και το μέγεθος του γίνεται πιο έντονο καθώς τα αντικείμενα προσεγγίζουν την ταχύτητα του φωτός. Για καθημερινά αντικείμενα και ταχύτητες που συναντώνται στην καθημερινή μας ζωή, οι επιπτώσεις του πλαισίου είναι αμελητέες. Ωστόσο, κοντά σε ταχέως περιστρεφόμενες μαύρες τρύπες ή σε άλλα εξαιρετικά σχετικιστικά περιβάλλοντα, η διαρροή πλαισίου διαδραματίζει κρίσιμο ρόλο στην κατανόηση της συμπεριφοράς των σωματιδίων και της δυναμικής του χωροχρόνου.