תורת היחסות הכללית המהפכנית של אלברט איינשטיין מתארת את כוח המשיכה כעקמומיות במרקם של זמן החלל. מתמטיקאים מאוניברסיטת קליפורניה, דייוויס גילו דרך חדשה לקמט את הבד הזה תוך כדי מהרהר בגלי הלם.
"אנו מראים כי זמן החלל אינו יכול להיות שטוח מקומי בנקודה בה שתי גלי הלם מתנגשים", אומר בלייק טמפל, פרופסור למתמטיקה ב- UC דייויס. "זהו סוג חדש של ייחודיות בתורת היחסות הכללית."
טמפל ומשתפי הפעולה שלו בוחנים את המתמטיקה של האופן שבו גלי הלם בנוזל מושלם משפיעים על עקמומיות החלל. הדגמים החדשים שלהם מוכיחים כי הייחודיות מופיעה בנקודות בהן גלי ההלם מתנגשים. המודלים המתמטיים של פוגל מדמים שני גלי הלם שמתנגשים. ריינטג'ס עקב אחר ניתוח של המשוואות המתארות את מה שקורה כאשר גלי ההלם חוצים. הוא דיבר כי הייחודיות יצרה "ייחודיות רגילות."
"מה שמפתיע", אמר טמפל למגזין החלל, "הוא שמשהו ארצני כמו אינטראקציה בין גלים עלול לגרום למשהו קיצוני כמו ייחודיות בחלל - אם כי סוג ייחודי מאוד עדין. מפתיע גם שהם נוצרים במשוואות היסודיות ביותר של תורת היחסות הכללית של איינשטיין, המשוואות לנוזל מושלם. "
התוצאות מדווחות בשני מאמרים של טמפל עם הסטודנטים לתארים מתקדמים מוריץ ריינטז וזקה פוגלר בכתב העת Proceedings of the Society Royal A.
איינשטיין חולל מהפכה בפיזיקה המודרנית עם תורת היחסות הכללית שלו שפורסמה בשנת 1916. התיאוריה בקצרה מתארת את החלל כמארג ארבעה ממדי שיכול להיות מעוות על ידי אנרגיה וזרימת אנרגיה. כוח המשיכה מראה את עצמו כעקמומיות של בד זה. "התיאוריה מתחילה בהנחה כי זמן החלל (משטח 4 ממדי, ולא דו ממדי כמו כדור) הוא גם" שטוח מקומי ", מסביר טמפל. משפט "ריינטס" מוכיח שבנקודת האינטראקציה של גלי הלם הוא [מרחוק] מכווץ מכדי להיות שטוח מקומית. "
בדרך כלל אנו חושבים על חור שחור שהוא ייחודיות שהיא. אבל זה רק חלק מההסבר. בתוך חור שחור, עקמומיות החלל הופכת להיות תלולה וקיצונית עד ששום אנרגיה, אפילו לא אור, לא יכולה לברוח. טמפל אומר שיחודיות יכולה להיות עדינה יותר כאשר לא ניתן לבצע רק טווח חלל כדי להיראות שטוח מקומית בשום מערכת קואורדינטות.
"שטוח מקומי" מתייחס לחלל שנראה שטוח מנקודת מבט מסוימת. הדוגמה שלנו על כדור הארץ מפני השטח היא דוגמא טובה. כדור הארץ נראה שטוח למלח במרכז האוקיאנוס. רק כאשר אנו מתרחקים מעל פני השטח מתגלה עקמומיות כדור הארץ. תורת היחסות הכללית של איינשטיין מתחילה בהנחה כי זמן החלל הוא גם שטוח מקומי. גלי הלם יוצרים שינוי פתאומי, או אי-רציפות, בלחץ ובצפיפות של נוזל. זה יוצר קפיצה בעקמומיות החלל, אך לא מספיק בכדי ליצור את ה"התכווצויות "שנראו בדגמי הצוות, אומר טמפל.
החלק הכי מגניב בממצא של טמפל הוא שהכל, עבודתו הקודמת על גלי הלם במהלך המפץ הגדול והשילוב של עבודותיו של ווגלר ורינטס, משתלבים זה בזה.
יש כל כך הרבה סרנדיפיות, "אומר טמפל. "זה באמת החלק הכי מגניב בעיניי.
אני אוהב שזה כל כך עדין. ואני אוהב שהתחום המתמטי של תיאוריית גלי ההלם, שנוצר כדי לטפל בבעיות שלא היה קשור ליחסות הכללית, הוביל אותנו לגילוי סוג חדש של ייחודיות בחלל. אני חושב שזה דבר מאוד נדיר והייתי קורא לזה תגלית של דור אחד. "
בעוד שהמודל נראה טוב על הנייר, טמפל וצוותו תוהים כיצד ההדרגות התלולות בחלל ב"סינגולריות רגילות "עלולות לגרום להשפעות גדולות מהצפוי בעולם האמיתי. תורת היחסות הכללית צופה כי גלי הכבידה עשויים להיווצר כתוצאה מהתנגשות של עצמים מאסיביים, כמו חורים שחורים. "אנו תוהים אם גל הלם כוכבים מתפוצץ הפוגע בהלם מתפוצץ בקצה המוביל של קריסה, עשוי לעורר גלי כבידה חזקים מהצפוי", אומר טמפל. "זה לא יכול לקרות בסימטריה כדורית, שהמשפט שלנו מניח, אבל באופן עקרוני זה יכול לקרות אם הסימטריה הייתה מעט שבורה."
כיתוב תמונה: רישום אמן לפריקת החלל בתחילת המפץ הגדול. ג'ון וויליאמס / TerraZoom
