Albert Einstein forradalmi általános relativitáselmélete a gravitációt egy görbületként írja le a téridő szövetében. A Davis-i kaliforniai egyetemi matematikusok új módszert találtak arra, hogy megráncolják ezt a szövetet, miközben elgondolkodnak a hullámhullámokról.
"Megmutatjuk, hogy az űrtartalom nem lehet helyileg lapos abban a pontban, ahol két ütéshullám ütközik" - mondja Blake Temple, az UC Davis matematikai professzora. "Ez egy újfajta szingularitás az általános relativitáselméletben."
Temple és munkatársai azt a matematikát tanulmányozzák, amely szerint a tökéletes folyadékban fellépő hullámok befolyásolják a téridő görbületét. Új modelljeik bizonyítják, hogy a szingularitások akkor jelennek meg, ahol a sokkhullámok ütköznek. A Vogler matematikai modellje két ütköző hullámot szimulált. Reintjes követte az egyenletek elemzését, amely leírja, mi történik, amikor a sokkhullámok átlépnek. A szingularitás elnevezése „szabályszerűségi szingularitást” hozott létre.
Meglepő - mondta Temple a Space Magazine-nak -, hogy valami olyan földrajzi jellegű, mint a hullámok kölcsönhatása, olyan szélsőséges következményeket okozhat, mint az űrtartamú szingularitás - bár egy nagyon enyhe újfajta szingularitás. Meglepő az is, hogy Einstein általános relativitáselméletének legalapvetőbb egyenleteiben képezik a tökéletes folyadék egyenleteit. "
Az eredményeket Temple két tanulmányban, Moritz Reintjes és Zeke Vogler hallgatókkal közli a Proceedings of the Royal Society A. folyóiratban.
Einstein forradalmasította a modern fizikát az 1916-ban közzétett általános relativitáselmélettel. Az elmélet röviden azt írja le, hogy a tér egy négydimenziós szövet, amelyet az energia és az energia áramlása megtéveszt. A gravitáció ennek az anyagnak a görbületeként mutatkozik meg. „Az elmélet azzal a feltételezéssel kezdődik, hogy a téridő (egy négydimenziós felület, nem pedig kétdimenziós, mint egy gömb) szintén„ helyileg sima ”, magyarázza Temple. „A Reintjes-tétel bizonyítja, hogy a sokkhullámú interakció pontján ez a [téridő] túl“ ráncos ”ahhoz, hogy lokálisan sík legyen.”
Általában azt gondoljuk, hogy a fekete lyuk szingularitás, amely az. De ez csak a magyarázat része. A fekete lyukon belül a téridő görbülete olyan meredek és extrém lesz, hogy egyetlen energia sem, még a fény sem tud menekülni. Temple azt mondja, hogy a szingularitás finomabb lehet, ha csak egy helyidő-folt nem készíthető úgy, hogy lokálisan síknak tűnjön bármelyik koordinátarendszerben.
A „helyileg sík” azt a helyet jelenti, amely bizonyos szempontból síknak tűnik. Jó példa a felszínről a Földre néző nézetünk. A föld laposnak tűnik egy tengerésznek az óceán közepén. A föld görbülete csak akkor válik láthatóvá, ha messze elmegyünk a felszíntől. Einstein általános relativitáselmélete azzal a feltételezéssel kezdődik, hogy a téridő lokálisan is sima. A lökéshullámok hirtelen változást vagy folytonosságot okoznak a folyadék nyomásában és sűrűségében. Ez a téridő görbületében ugrik, de nem elég ahhoz, hogy létrejöjjön a csapat modelleiben látható „ráncok” - mondja Temple.
A Temple felfedezésének legmenőbb része az, hogy minden, a Big Bang korábbi lökéshullámaival, valamint a Vogler és Reintjes munkájával kombinált munkája összeilleszthető.
Olyan sok a serendipitás ”- mondja Temple. „Ez valóban a legmenőbb rész számomra.
Szeretem, hogy annyira finom. És tetszik, hogy a sokkhullám-elmélet matematikai területe, amelyet olyan problémák kezelésére hoztak létre, amelyeknek semmi köze nem volt az általános relativitáshoz, vezetett minket egy új típusú téridő-szingularitás felfedezéséhez. Azt hiszem, ez egy nagyon ritka dolog, és ezt egyszer egy generációs felfedezésnek nevezem. ”
Miközben a modell jól néz ki papíron, Temple és csapata azon töprengett, hogy az űridőben a „szabályossági szingularitáson” bekövetkező meredek gradiensek a vártnál nagyobb hatásokat okozhatnak a való világban. Az általános relativitáselmélet azt jósolja, hogy a gravitációs hullámokat masszív tárgyak, például fekete lyukak ütközése okozhatja. "Kíváncsi vagyunk, vajon egy robbanó csillag-sokkhullám, amely az összeomlás első szélére ütköző ütést okoz, stimulálhatja-e a vártnál erősebb gravitációs hullámokat" - mondja Temple. "Ez nem fordulhat elő gömbszimmetriában, amelyet feltételezünk tételünk, de elvileg megtörténhet, ha a szimmetria kissé eltörik."
Képfelirat: A téridő kibontakozása a nagyroham elején. John Williams / TerraZoom
