Albert Einsteini revolutsiooniline relatiivsusteooria kirjeldab gravitatsiooni kui kosmoseaja kanga kumerust. Davise California ülikooli matemaatikud on välja töötanud uue viisi, kuidas seda kangast krookida, samal ajal lööklaineid mõlgutades.
"Näitame, et kosmoseaeg ei saa olla kohapeal tasane kohas, kus kaks lööklainet põrkuvad," ütleb UC Davise matemaatikaprofessor Blake Temple. "See on uut tüüpi singulaarsus üldrelatiivsuses."
Temple ja tema kaastöötajad uurivad matemaatikat, kuidas täiuslikus vedelikus olevad lööklained mõjutavad kosmoseaja kumerust. Nende uued mudelid tõestavad, et lööklainete kokkupõrke kohtades ilmnevad singulaarsused. Vogleri matemaatilised mudelid simuleerisid kaht põrkumist. Reintjes järgis võrrandite analüüsi, mis kirjeldab, mis juhtub lööklainete ristumisel. Ta nimetas singulaarsuse loonuks "regulaarsuse singulaarsuse".
"Mis on üllatav," ütles Temple Space Magazine'ile, "et midagi nii ilmalikku kui lainete koosmõju võib põhjustada midagi nii ekstreemset kui kosmoseaja ainsuse - ehkki väga kerge uut tüüpi ainsuse. Üllatav on ka see, et need moodustavad Einsteini üldrelatiivsusteooria kõige fundamentaalsemates võrrandites täiusliku vedeliku võrrandid. "
Tulemused on kirjas Temple kahes doktorandis koos doktorantide Moritz Reintjesi ja Zeke Vogleriga ajakirjas Proceedings of the Royal Society A.
Einstein pani revolutsiooni tänapäevases füüsikas oma 1916. aastal avaldatud üldise relatiivsusteooriaga. Teooria lühidalt kirjeldab ruumi neljamõõtmelise kangana, mida saab väänata energia ja energia voog. Gravitatsioon näitab ennast selle kanga kumerusena. "Teooria algab eeldusega, et ruumi aeg (4-mõõtmeline pind, mitte 2-mõõtmeline nagu kera) on ka" lokaalselt tasane "," selgitab Temple. “Reintjesi teoreem tõestab, et lööklaine interaktsiooni hetkel on see [kosmoseaeg] liiga“ kortsus ”, et olla kohapeal tasane.”
Tavaliselt arvame musta auku kui selle eripära. Kuid see on vaid osa selgitusest. Musta augu sees muutub ruumi aja kumerus nii järsuks ja äärmuslikuks, et ükski energia, isegi mitte valgus, ei pääse. Temple ütleb, et singulaarsus võib olla peenem, kui lihtsalt ruumilaiku ei saa teha üheski koordinaatsüsteemis lokaalselt tasaseks.
„Kohati tasane” tähistab ruumi, mis teatud vaatenurgast näib olevat tasane. Meie vaade maapinnale on hea näide. Maa paistab keset ookeani meremehena. Alles siis, kui liigume pinnast kaugele, ilmneb Maa kumerus. Einsteini üldrelatiivsusteooria algab eeldusest, et ka kosmose aeg on lokaalselt tasane. Lööklainetega kaasneb vedeliku rõhu ja tiheduse järsk muutus või katkematus. Temple väidab, et see loob kosmoseaja kumeruse hüppe, kuid mitte piisavalt, et tekitada meeskonna mudelites nähtavat “kortsumist”.
Lahedam osa Temple leiust on see, et kõik, tema varasemad tööd lööklainetel Suure Paugu ajal ning Vogleri ja Reintjesi töö kombinatsioon, sobivad kokku.
Selles suundumust on nii palju, ”ütleb Temple. “See on minu jaoks tõesti lahedam osa.
Mulle meeldib, et see on nii peen. Ja mulle meeldib, et lööklaineteooria matemaatiline väli, mis loodi probleemide lahendamiseks, millel polnud üldise relatiivsusega mingit pistmist, on viinud meid uue kosmoseaja singulaarsuse avastamiseni. Arvan, et see on väga haruldane asi ja ma nimetaksin seda korra põlvkonna avastuseks. ”
Kuigi mudel näeb paberil hea välja, imestavad Temple ja tema meeskond, kuidas kosmose ajal esinevad järsud kalded „regulaarsuse singulaarsuse“ korral võivad reaalmaailmas oodatatust suuremat mõju avaldada. Üldrelatiivsus ennustab, et raskusjõu lained võivad tekkida massiivsete objektide, näiteks mustade aukude, kokkupõrkel. "Mõtleme, kas plahvatav tähelainelaine, mis põrkub kokkuvarisemise esiservaga kaasneva löögi korral, võib stimuleerida oodatust tugevamaid gravitatsioonilaineid," ütleb Temple. "See ei saa juhtuda sfäärilise sümmeetria korral, mida meie teoreem eeldab, kuid põhimõtteliselt võib see juhtuda siis, kui sümmeetria oleks pisut katki."
Kujutise pealkiri: Kosmoseaja lahtirebimine kunstnike poolt Suure Paugu alguses. John Williams / TerraZoom
