Albert Einsteins revolutionære generelle relativitetsteori beskriver tyngdekraften som en krumning i rumtiden. Matematikere ved University of California, Davis, har fundet en ny måde at knuse det stof på, mens de overvejer chokbølger.
”Vi viser, at rumtid ikke kan være lokalt fladt på et punkt, hvor to stødbølger kolliderer,” siger Blake Temple, professor i matematik ved UC Davis. "Dette er en ny type singularitet i den generelle relativitet."
Temple og hans samarbejdspartnere studerer matematikken for, hvordan chokbølger i en perfekt væske påvirker rumtidens krumning. Deres nye modeller beviser, at singulariteter vises på de punkter, hvor chokbølger kolliderer. Voglers matematiske modeller simulerede to stødbølger, der kolliderer. Reintjes fulgte op med en analyse af ligningerne, der beskriver, hvad der sker, når stødbølgerne krydser. Han kaldte singulariteten skabte en "regularitet singularitet."
"Det, der er overraskende," fortalte Temple til Space Magazine, "er, at noget så verdsligt som bølgenes samspil kunne forårsage noget så ekstremt som en rumtids-singularitet - omend en meget mild ny type singularitet. Overraskende er også, at de udgør i de mest grundlæggende ligninger af Einsteins teori om generel relativitet, ligningerne for en perfekt væske. ”
Resultaterne rapporteres i to papirer fra Temple med kandidatstuderende Moritz Reintjes og Zeke Vogler i tidsskriftet Proceedings of the Royal Society A.
Einstein revolutionerede den moderne fysik med sin generelle relativitetsteori, der blev offentliggjort i 1916. Teorien beskriver kort sagt rummet som et firedimensionelt stof, der kan fordrejes af energi og strømmen af energi. Tyngdekraften viser sig som en krumning af dette stof. ”Teorien begynder med antagelsen om, at rumtid (en 4-dimensionel overflade, ikke 2-dimensionel som en kugle), også er” lokalt flad, ”forklarer Temple. "Reintjes 'sætning beviser, at det [rumtid] på tidspunktet for interaktion med stødbølgen er for" krøllet "til at være lokalt fladt.”
Vi tænker ofte på et sort hul som en enestående, som det er. Men dette er kun en del af forklaringen. Inde i et sort hul bliver rumtidens krumning så stejl og ekstrem, at ingen energi, ikke engang lys, kan undslippe. Temple siger, at en singularitet kan være mere subtil, hvor bare en plet af rumtid ikke kan laves til at se lokalt fladt i noget koordinatsystem.
"Lokalt fladt" henviser til rum, der ser ud til at være fladt fra et bestemt perspektiv. Vores syn på Jorden fra overfladen er et godt eksempel. Jorden ser fladt ud mod en sømand midt i havet. Det er først, når vi bevæger os langt fra overfladen, at jordens krumning bliver synlig. Einsteins teori om generel relativitet begynder med antagelsen om, at rumtid også er lokalt flad. Shockwaves skaber en pludselig ændring eller diskontinuitet i trykket og densiteten af en væske. Dette skaber et spring i rumtidens krumning, men ikke nok til at skabe den "knirk", der ses i holdets modeller, siger Temple.
Den sejeste del af fundet for Temple er, at alt, hans tidligere arbejde med chokbølger under Big Bang og kombinationen af Voglers og Reintjes 'arbejde, passer sammen.
Der er så meget serendipity, ”siger Temple. ”Dette er virkelig den sejeste del for mig.
Jeg kan godt lide at det er så subtilt. Og jeg kan godt lide, at det matematiske felt af shockwave-teori, der er skabt til at tackle problemer, der ikke havde noget at gøre med General Relativity, har ført os til opdagelsen af en ny slags rumtids-singularitet. Jeg synes, dette er en meget sjælden ting, og jeg vil kalde det en en gang i en generation opdagelse. ”
Mens modellen ser godt ud på papiret, spekulerer Temple og hans team på, hvordan de stejle forløb i rumtiden ved en "regelmæssig singularitet" kan forårsage større effekter end forventet i den virkelige verden. Generel relativitet forudsiger, at tyngdekraften kan produceres ved kollision af massive genstande, såsom sorte huller. ”Vi spekulerer på, om en eksploderende stjerneskokbølge, der rammer et imploderende chok i forkanten af et sammenbrud, kan stimulere stærkere end forventet tyngdekraftsbølger,” siger Temple. ”Dette kan ikke ske i sfærisk symmetri, som vores sætning antager, men i princippet kunne det ske, hvis symmetrien var lidt ødelagt.”
Billedtekst: Kunstner gengivelse af udrulning af rumtid i begyndelsen af Big Bang. John Williams / TerraZoom
