Revolučná teória relativity Alberta Einsteina popisuje gravitáciu ako zakrivenie v štruktúre časopriestoru. Matematici na Kalifornskej univerzite v Davise prišli s novým spôsobom zvlnenia tejto látky, zatiaľ čo sa zamysleli nad nárazovými vlnami.
"Ukazujeme, že časopriestor nemôže byť lokálne plochý v bode, kde sa zrazia dve rázové vlny," hovorí Blake Temple, profesor matematiky na UC Davis. "Toto je nový druh jedinečnosti vo všeobecnej relativite."
Temple a jeho spolupracovníci študujú matematiku o tom, ako rázové vlny v dokonalej tekutine ovplyvňujú zakrivenie časopriestoru. Ich nové modely dokazujú, že singularity sa objavujú v miestach, kde sa nárazové vlny zrážajú. Matematické modely Voglera simulovali zrážanie dvoch rázových vĺn. Reintjes nadviazal na analýzu rovníc, ktoré popisujú, čo sa stane, keď sa vlny rázov prekrížia. Nazval singularitu a vytvoril „singularitu pravidelnosti“.
„Čo je prekvapujúce,“ povedal Temple pre časopis Space, „je to, že niečo také svetské, ako je vzájomné pôsobenie vĺn, môže spôsobiť niečo také extrémne, ako je singularita časopriestoru - aj keď je to celkom nový druh singularity. Prekvapujúce je tiež to, že tvoria najzákladnejšie rovnice Einsteinovej teórie všeobecnej relativity, rovnice pre dokonalú tekutinu. “
Výsledky sú uvedené v dvoch prácach Temple s postgraduálnymi študentmi Moritz Reintjes a Zeke Vogler v časopise Proceedings of Royal Society A.
Einstein spôsobil revolúciu v modernej fyzike svojou všeobecnou teóriou relativity uverejnenou v roku 1916. Teória v krátkosti popisuje priestor ako štvorrozmernú štruktúru, ktorá môže byť deformovaná energiou a tokom energie. Gravitácia sa prejavuje ako zakrivenie tejto látky. „Teória začína predpokladom, že priestoročas (štvorrozmerný povrch, nie dvojrozmerný ako guľa) je tiež„ lokálne plochý “, vysvetľuje Temple. „Reintjesova veta dokazuje, že v bode interakcie rázovými vlnami je [medzičas] príliš„ zvrásnený “na to, aby bol lokálne plochý.“
Obyčajne považujeme čiernu dieru za jedinečnosť, ktorou je. Toto je však iba časť vysvetlenia. Vo vnútri čiernej diery je zakrivenie časopriestoru tak strmé a extrémne, že nemôže uniknúť žiadna energia, dokonca ani svetlo. Temple hovorí, že jedinečnosť môže byť jemnejšia, keď nie je možné urobiť len kúsok časopriestoru, aby vyzeral lokálne v akomkoľvek súradnicovom systéme.
„Lokálne plochý“ znamená priestor, ktorý sa zdá byť z určitého hľadiska plochý. Náš pohľad na Zem z povrchu je dobrým príkladom. Zem vyzerá byt ako námorník uprostred oceánu. Krivosť Zeme sa prejaví až vtedy, keď sa vzdialime od povrchu. Einsteinova teória všeobecnej relativity sa začína predpokladom, že časopriestor je tiež lokálne plochý. Rázové vlny vytvárajú náhlu zmenu alebo diskontinuitu tlaku a hustoty tekutiny. To vytvára skok v zakrivení časopriestoru, ale nestačí na to, aby sa vytvorilo „zvlnenie“, ktoré je vidieť v modeloch tímu, hovorí Temple.
Najúžasnejšou časťou nálezu pre Temple je to, že všetko, jeho predchádzajúce práce na rázových vlnách počas Veľkého tresku a kombinácia práce Voglera a Reintjesa, zapadajú do seba.
Je toľko pokojnosti, “hovorí Temple. „Toto je pre mňa skutočne najlepšia časť.
Páči sa mi, že je tak jemná. A páči sa mi, že matematická oblasť teórie rázových vĺn, ktorá bola vytvorená na riešenie problémov, ktoré nemali nič spoločné so všeobecnou relativitou, nás viedla k objaveniu nového druhu časoprostorovej singularity. Myslím si, že je to veľmi zriedkavá vec, ktorú by som nazval raz za generáciu. “
Zatiaľ čo model vyzerá dobre na papieri, Temple a jeho tím sa pýtajú, ako by strmé sklony v časoprostore pri „singularite pravidelnosti“ mohli v skutočnom svete spôsobiť väčšie, ako sa očakávalo. Všeobecná relativita predpovedá gravitačné vlny, ktoré by mohli vzniknúť zrážkou veľkých objektov, ako sú napríklad čierne diery. "Zaujímalo by nás, či explodujúca hviezdna rázová vlna zasiahla implodujúci šok na prednej hrane kolapsu, by mohla stimulovať silnejšie než očakávané gravitačné vlny," hovorí Temple. "Toto sa nemôže stať v sférickej symetrii, ktorú predpokladá naša veta, ale v zásade by sa to mohlo stať, keby bola symetria mierne zlomená."
Titulok obrázka: Interpretácia stúpania časopriestoru na začiatku Veľkého tresku. John Williams / TerraZoom
