Революційна загальна теорія відносності Альберта Ейнштейна описує гравітацію як кривизну в тканині простору-часу. Математики з Каліфорнійського університету в Девісі придумали новий спосіб розім’яти цю тканину, обдумуючи ударні хвилі.
"Ми показуємо, що космічний час не може бути локальним рівним у точці, коли стикаються дві ударні хвилі", - говорить Блейк Темпл, професор математики в УК Девіс. "Це новий вид сингулярності в загальній відносності".
Темпл та його співробітники вивчають математику того, як ударні хвилі у ідеальній рідині впливають на викривлення простору-часу. Їх нові моделі доводять, що особливості з'являються в точках стикання ударних хвиль. Математичні моделі Воглера імітували зіткнення двох ударних хвиль. Рейнджес продовжив аналіз рівнянь, які описують, що відбувається, коли ударні хвилі перетинаються. Він охрестив сингулярність, створивши "особливість сингулярності".
«Що дивно, - сказав Темпл для Space Magazine, - те, що настільки приземлене, як взаємодія хвиль, може викликати щось екстремальне, як сингулярність простору-часу - хоч і дуже легкий новий вид сингулярності. Також дивно те, що вони утворюють у найбільш фундаментальних рівняннях теорії загальної відносності Ейнштейна рівняння для досконалої рідини ».
Про результати повідомляється у двох працях Темплу з аспірантами Моріцем Реінджесом та Зеке Фоглером у журналі Proceedings of the Royal Society A.
Ейнштейн революціонізував сучасну фізику своєю загальною теорією відносності, опублікованою в 1916 році. Коротше кажучи, теорія описує простір як чотиривимірну тканину, яку можна викривити енергією та потоком енергії. Гравітація проявляється як кривизна цієї тканини. "Теорія починається з припущення, що космічний час (4-мірна поверхня, а не 2-х мірна, як сфера) також" локально плоска ", пояснює Темпл. «Теорема Рейнтьєса доводить, що в точці ударної хвилі взаємодії він [простір-час] занадто« зам'ятий », щоб бути локально рівним».
Ми зазвичай думаємо про чорну діру як про особливість, яка вона є. Але це лише частина пояснень. Усередині чорної діри викривлення простору стає настільки крутим і надзвичайним, що жодна енергія, навіть світло не може уникнути. Темпл говорить, що особливість може бути більш тонкою, коли просто не можна зробити проміжок простору, щоб він виглядав локально рівним у будь-якій системі координат.
"Локально плоский" означає простір, який здається рівним з певної точки зору. Наш погляд на Землю з поверхні - хороший приклад. Земля виглядає плавно моряку посеред океану. Лише коли ми віддаляємось від поверхні, викривлення Землі стає очевидним. Теорія загальної відносності Ейнштейна починається з припущення, що космічний час також локально плоский. Ударні хвилі створюють різкі зміни або переривання тиску та густини рідини. Це створює стрибок кривизни простору, але недостатньо, щоб створити "мерехтіння", що спостерігається в моделях команди, говорить Темпл.
Найкрутіша частина знахідки для Храму полягає в тому, що все, його попередня робота над ударними хвилями під час Великого вибуху та поєднання роботи Воглера та Рейнтьєса, укладаються разом.
Існує стільки serendipity ", говорить Темпл. «Це дійсно найкрутіша для мене частина.
Мені подобається, що вона така тонка. І мені подобається, що математичне поле теорії ударних хвиль, створене для вирішення проблем, що не мають нічого спільного із загальною відносністю, призвело до відкриття нового виду сингулярності простору часу. Я думаю, що це дуже рідкісна річ, і я б назвав це раз у відкритті покоління ".
Хоча модель добре виглядає на папері, Темпл і його команда дивуються, як круті градієнти в просторі в часі «особливості регулярності» можуть викликати більші, ніж очікували, ефекти в реальному світі. Загальна відносність передбачає, що гравітаційні хвилі можуть виникати в результаті зіткнення масивних предметів, таких як чорні діри. "Ми дивуємось, чи може вибухова зоряна ударна хвиля, що потрапила на ударний удар по передньому краю колапсу, може стимулювати сильніші, ніж очікувалося, сили тяжіння", - говорить Темпл. "Це не може відбутися в сферичній симетрії, яку передбачає наша теорема, але в принципі це може статися, якщо симетрія була трохи порушена".
Заголовок зображень: Видання виконавця розгортання космічного часу на початку Великого вибуху. Джон Вільямс / TerraZoom
