Η επαναστατική γενική θεωρία της σχετικότητας του Albert Einstein περιγράφει τη βαρύτητα ως καμπυλότητα στον ιστό του χωροχρόνου. Οι μαθηματικοί στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, ο Ντέιβις, έχουν βρει έναν νέο τρόπο να τσαλακώσει αυτό το ύφασμα, ενώ σκέφτεται τα σοκ.
«Δείχνουμε ότι ο χωροχρόνος δεν μπορεί να είναι τοπικός σε ένα σημείο όπου συγκρούονται δύο κύματα», λέει ο Blake Temple, καθηγητής μαθηματικών στο UC Davis. "Αυτό είναι ένα νέο είδος μοναδικότητας στη γενική σχετικότητα."
Ο Temple και οι συνεργάτες του μελετούν τα μαθηματικά για το πώς τα σοκ σε ένα τέλειο υγρό επηρεάζουν την καμπυλότητα του χωροχρόνου. Τα νέα μοντέλα τους αποδεικνύουν ότι οι ιδιαιτερότητες εμφανίζονται στα σημεία όπου συγκρούονται τα κύματα σοκ. Τα μαθηματικά μοντέλα του Vogler προσομοίωσαν δύο κρουστικά κύματα. Ο Reintjes παρακολούθησε μια ανάλυση των εξισώσεων που περιγράφουν τι συμβαίνει όταν διασχίζουν τα κύματα. Ονομάστηκε το singularity δημιούργησε μια «κανονικότητα singularity».
«Αυτό που προκαλεί έκπληξη», είπε ο Temple στο Space Magazine, «είναι κάτι τόσο απλό όσο η αλληλεπίδραση των κυμάτων θα μπορούσε να προκαλέσει κάτι τόσο ακραίο όσο μια χωροχρόνια μοναδικότητα - αν και ένα πολύ ήπιο νέο είδος μοναδικότητας. Επίσης εκπληκτικό είναι ότι σχηματίζονται στις πιο θεμελιώδεις εξισώσεις της θεωρίας γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν, οι εξισώσεις για ένα τέλειο ρευστό. "
Τα αποτελέσματα αναφέρονται σε δύο εργασίες από τους Temple με μεταπτυχιακούς φοιτητές Moritz Reintjes και Zeke Vogler στο περιοδικό Proceedings of the Royal Society A.
Ο Αϊνστάιν επανάσταση στη σύγχρονη φυσική με τη γενική θεωρία της σχετικότητας που δημοσιεύτηκε το 1916. Η θεωρία περιγράφει εν συντομία το χώρο ως ένα τετραδιάστατο ύφασμα που μπορεί να παραμορφωθεί από την ενέργεια και τη ροή της ενέργειας. Η βαρύτητα εμφανίζεται ως καμπυλότητα αυτού του υφάσματος. «Η θεωρία ξεκινά με την υπόθεση ότι ο χωροχρόνος (μια 4-διαστατική επιφάνεια, όχι 2 διαστάσεις σαν μια σφαίρα), είναι επίσης« τοπικά επίπεδη », εξηγεί ο Temple. "Το θεώρημα του Reintjes αποδεικνύει ότι στο σημείο της αλληλεπίδρασης με το σοκ κύματος, [χωροχρόνος] είναι πολύ" τσαλακωμένο "για να είναι τοπικά επίπεδο."
Συνήθως πιστεύουμε ότι μια μαύρη τρύπα είναι μια μοναδικότητα που είναι. Αλλά αυτό είναι μόνο μέρος της εξήγησης. Μέσα σε μια μαύρη τρύπα, η καμπυλότητα του χωροχρόνου γίνεται τόσο απότομη και ακραία που καμία ενέργεια, ούτε καν φως, δεν μπορεί να διαφύγει. Ο Temple λέει ότι μια μοναδικότητα μπορεί να είναι πιο λεπτή όπου μόνο ένα κομμάτι χωροχρόνου δεν μπορεί να γίνει τοπικά επίπεδο σε οποιοδήποτε σύστημα συντεταγμένων.
Το "τοπικά επίπεδο" αναφέρεται σε χώρο που φαίνεται να είναι επίπεδος από μια συγκεκριμένη οπτική γωνία. Η θέα της Γης από την επιφάνεια είναι ένα καλό παράδειγμα. Η Γη φαίνεται επίπεδη σε έναν ναύτη στη μέση του ωκεανού. Μόνο όταν κινούμαστε μακριά από την επιφάνεια, γίνεται εμφανής η καμπυλότητα της Γης. Η θεωρία της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν ξεκινά με την υπόθεση ότι ο χωροχρόνος είναι επίσης τοπικά επίπεδος. Τα κρουστικά κύματα δημιουργούν μια απότομη αλλαγή ή ασυνέχεια στην πίεση και την πυκνότητα ενός υγρού. Αυτό δημιουργεί ένα άλμα στην καμπυλότητα του χωροχρόνου αλλά δεν είναι αρκετό για να δημιουργήσει το «τσαλακωμένο» που φαίνεται στα μοντέλα της ομάδας, λέει ο Temple.
Το πιο δροσερό μέρος της εύρεσης για το Temple είναι ότι όλα, η προηγούμενη δουλειά του στα κύματα κατά τη διάρκεια του Big Bang και ο συνδυασμός της δουλειάς του Vogler και του Reintjes, ταιριάζουν.
Υπάρχει τόση ηρεμία », λέει ο Temple. «Αυτό είναι πραγματικά το πιο όμορφο μέρος για μένα.
Μου αρέσει που είναι τόσο λεπτό. Και μου αρέσει ότι το μαθηματικό πεδίο της θεωρίας σοκ κύματος, που δημιουργήθηκε για την αντιμετώπιση προβλημάτων που δεν είχαν καμία σχέση με τη Γενική Σχετικότητα, μας οδήγησε στην ανακάλυψη ενός νέου είδους χωροχρονικότητας. Νομίζω ότι αυτό είναι ένα πολύ σπάνιο πράγμα και θα το έλεγα μια φορά σε γενιά ανακάλυψη. "
Ενώ το μοντέλο φαίνεται καλό σε χαρτί, ο Temple και η ομάδα του αναρωτιούνται πώς οι απότομες κλίσεις στο χωροχρόνο σε μια «κανονικότητα» θα μπορούσαν να προκαλέσουν μεγαλύτερα από τα αναμενόμενα αποτελέσματα στον πραγματικό κόσμο. Η γενική σχετικότητα προβλέπει ότι τα κύματα βαρύτητας μπορεί να προκληθούν από τη σύγκρουση τεράστιων αντικειμένων, όπως οι μαύρες τρύπες. «Αναρωτιόμαστε αν ένα κύμα αστρικού σοκ που εκρήγνυται που χτυπά ένα σοκ που προκαλεί έκρηξη στο μπροστινό άκρο της κατάρρευσης, μπορεί να διεγείρει ισχυρότερα από τα αναμενόμενα κύματα βαρύτητας», λέει ο Temple. "Αυτό δεν μπορεί να συμβεί στη σφαιρική συμμετρία, την οποία υποθέτει το θεώρημά μας, αλλά κατ 'αρχήν θα μπορούσε να συμβεί αν η συμμετρία ήταν ελαφρώς σπασμένη."
Image caption: Καλλιτέχνης παράσταση του ξετυλίγματος του χωροχρόνου στην αρχή του Big Bang. John Williams / TerraZoom
