Alberta Einšteina revolucionārajā vispārējā relativitātes teorijā gravitācija raksturota kā izliekums kosmosa laika audumā. Deivisa Kalifornijas universitātes matemātiķi ir izdomājuši jaunu veidu, kā šo audumu saburzīt, pārdomājot triecienviļņus.
"Mēs parādām, ka kosmosa laiks nevar būt lokāli līdzenā vietā, kur saduras divi triecienviļņi," saka Blake Temple, UC Davis matemātikas profesors. "Šis ir jauna veida singularitāte vispārējā relativitātē."
Templis un viņa līdzstrādnieki pēta matemātiku, kā triecienviļņi pilnīgā šķidrumā ietekmē telpas laika izliekumu. Viņu jaunie modeļi pierāda, ka vietās, kur trieciena viļņi saduras, parādās atšķirības. Voglera matemātiskie modeļi simulēja divu triecienviļņu sadursmi. Reintjes sekoja vienādojumu analīzei, kas apraksta to, kas notiek, kad triecienviļņi šķērso. Viņš nodēvēja par singularitāti, radot “regularitātes singularitāti”.
“Pārsteidzoši,” Temple stāstīja Space Magazine, “tas, ka kaut kas tik ikdienišķs kā viļņu mijiedarbība varētu izraisīt kaut ko tik ekstrēmu kā kosmosa laika singularitāte - kaut arī ļoti viegls jauna veida singularitāte. Pārsteidzoši ir arī tas, ka tie veido Einšteina vispārējās relativitātes teorijas pamatvienādojumos - ideālā šķidruma vienādojumos. ”
Rezultāti ir atspoguļoti divos Temple rakstos ar doktorantūras studentiem Moricu Reintjesu un Zeku Vogleru žurnālā Proceedings of the Royal Society A.
Einšteins ar savu vispārējo relativitātes teoriju, kas publicēta 1916. gadā, mainīja moderno fiziku. Īsumā šī teorija apraksta kosmosu kā četrdimensionālu audumu, ko var izlocīt enerģija un enerģijas plūsma. Smagums parāda sevi kā šī auduma izliekumu. “Teorija sākas ar pieņēmumu, ka kosmosa laiks (4 dimensiju virsma, nevis 2 dimensiju kā sfēra) ir arī“ lokāli līdzens ”, skaidro Temple. “Reintjes teorēma pierāda, ka triecienviļņu mijiedarbības brīdī tā [atstarpes laiks] ir pārāk“ saburzīta ”, lai būtu lokāli līdzena.”
Mēs parasti domājam par melno caurumu kā tā īpatnību. Bet tā ir tikai daļa no izskaidrojuma. Melnā cauruma laikā kosmosa laika izliekums kļūst tik stāvs un ekstrēms, ka no tā nevar izbēgt enerģija, pat ne gaisma. Templis saka, ka singularitāte var būt daudz smalkāka, ja tikai kosmosa laika ielāps nevar tikt izveidots tā, lai jebkurā koordinātu sistēmā tas izskatās lokāli.
“Vietēji līdzena” attiecas uz telpu, kas no noteikta skatupunkta šķiet līdzena. Mūsu skats uz Zemi no virsmas ir labs piemērs. Zeme izskatās līdzena jūrniekam okeāna vidū. Zemes izliekums kļūst redzams tikai tad, kad mēs virzāmies tālu no virsmas. Einšteina vispārējās relativitātes teorija sākas ar pieņēmumu, ka arī telpas laiks ir lokāli līdzens. Triecienviļņi rada pēkšņas šķidruma spiediena un blīvuma izmaiņas vai pārtraukumus. Tas rada kosmosa laika izliekuma lēcienu, bet ar to nepietiek, lai izveidotu “gurkstēšanu”, kas redzams komandas modeļos, saka Templis.
Foršākā Tempļa atraduma daļa ir tā, ka viss, viņa iepriekšējais darbs pie triecienviļņiem Lielā sprādziena laikā un Voglera un Reintjes darbu apvienojums, sakrīt.
Ir tik daudz serendipity, ”saka Templis. “Šī man patiešām ir stilīgākā daļa.
Man patīk, ka tas ir tik smalks. Un man patīk, ka triecienviļņu teorijas matemātiskais lauks, kas izveidots, lai risinātu problēmas, kurām nebija nekā kopīga ar vispārējo relativitāti, ir novedis mūs pie jauna veida kosmosa laika singularitātes atklāšanas. Es domāju, ka šī ir ļoti reta lieta, un es to sauktu reizi paaudzes atklājumā. ”
Kaut arī modelis izskatās labi uz papīra, Templis un viņa komanda brīnās, kā stāvie slīpumi kosmosa laikā pie “likumsakarības regularitātes” varētu radīt lielākas, nekā gaidīts, sekas reālajā pasaulē. Vispārējā relativitāte paredz, ka gravitācijas viļņus var radīt masīvu priekšmetu, piemēram, melno caurumu, sadursme. "Mēs domājam, vai eksplodējošs zvaigžņu šoka vilnis, kas triecas nesaprotamam triecienam sabrukuma priekšējā malā, varētu stimulēt smagākus, nekā gaidīts, gravitācijas viļņus," saka Templis. "Tas nevar notikt sfēriskajā simetrijā, kā pieļauj mūsu teorēma, bet principā tas varētu notikt, ja simetrija būtu nedaudz salauzta."
Attēla paraksts: Kosmosa laika atsākšanās mākslinieka pārsūtīšana Lielā sprādziena sākumā. Džons Viljamss / TerraZoom
