تصف نظرية ألبرت أينشتاين الثورية العامة للنسبية الجاذبية على أنها انحناء في نسيج الزمكان. علماء الرياضيات في جامعة كاليفورنيا ، ديفيس توصلوا إلى طريقة جديدة لتجعيد هذا النسيج أثناء التفكير في موجات الصدمة.
يقول بليك تمبل ، أستاذ الرياضيات في جامعة كاليفورنيا في ديفيس: "نظهر أن الزمكان لا يمكن أن يكون مسطحًا محليًا في نقطة تتصادم فيها موجتان من الصدمات". "هذا نوع جديد من التفرد في النسبية العامة."
يدرس تيمبل ومعاونوه الرياضيات حول كيفية تأثير موجات الصدمة في مائع مثالي على انحناء الزمكان. تثبت نماذجهم الجديدة أن التفردات تظهر عند نقاط تصادم موجات الصدمة. محاكاة نماذج Vogler الرياضية تصادم موجتين. تبع Reintjes بتحليل المعادلات التي تصف ما يحدث عندما تتقاطع موجات الصدمة. أطلق على التفرد خلق "تفرد الانتظام".
قال تيمبل لمجلة الفضاء: "ما يثير الدهشة هو أن شيئًا دنيويًا مثل تفاعل الأمواج يمكن أن يسبب شيئًا متطرفًا مثل خصوصية الزمكان - وإن كان نوعًا جديدًا خفيفًا من التفرد. من المدهش أيضًا أنها تشكل في المعادلات الأساسية لنظرية النسبية العامة لأينشتاين ، معادلات المائع المثالي ".
تم الإبلاغ عن النتائج في ورقتين من Temple مع طلاب الدراسات العليا Moritz Reintjes و Zeke Vogler في مجلة Proceedings of the Royal Society A.
أحدث آينشتاين ثورة في الفيزياء الحديثة من خلال نظريته النسبية العامة المنشورة عام 1916. تصف النظرية باختصار الفضاء بأنه نسيج رباعي الأبعاد يمكن تشوهه بواسطة الطاقة وتدفق الطاقة. تظهر الجاذبية نفسها على أنها انحناء لهذا النسيج. يشرح تيمبل: "تبدأ النظرية بافتراض أن الزمكان (سطح 4 أبعاد ، وليس بعدين مثل الكرة) ، هو أيضًا" مسطح محليًا ". تثبت نظرية "Reintjes" أنه عند نقطة تفاعل الموجة الصدمية ، يكون [الزمكان] "مجعدًا" بحيث لا يكون مسطحًا محليًا. "
عادة ما نفكر في الثقب الأسود على أنه تفرد. لكن هذا ليس سوى جزء من التفسير. داخل الثقب الأسود ، يصبح انحناء الزمكان حادًا ومتطرفًا لدرجة أنه لا يمكن لأي طاقة ، ولا حتى الضوء ، أن تهرب. يقول تيمبل إن التفرد يمكن أن يكون أكثر دقة حيث لا يمكن جعل رقعة من الزمكان تبدو مسطحة محليًا في أي نظام إحداثيات.
يشير مصطلح "مسطح محليًا" إلى المساحة التي تبدو مسطحة من منظور معين. إن رؤيتنا للأرض من السطح هي مثال جيد. تبدو الأرض مسطحة بالنسبة لبحار في وسط المحيط. فقط عندما نتحرك بعيدًا عن السطح ، يظهر انحناء الأرض. تبدأ نظرية النسبية العامة لأينشتاين بافتراض أن الزمكان ثابت أيضًا محليًا. تحدث موجات الصدمة تغييرًا مفاجئًا أو انقطاعًا في ضغط وكثافة المائع. هذا يخلق قفزة في انحناء الزمكان ولكن ليس بما يكفي لخلق "التجعيد" الذي يظهر في نماذج الفريق ، يقول تيمبل.
إن أروع جزء في اكتشاف المعبد هو أن كل شيء ، وعمله السابق على موجات الصدمة أثناء الانفجار الكبير وجمع أعمال Vogler و Reintjes ، يتناسبان معًا.
يقول تيمبل: "هناك الكثير من الصدفة". "هذا حقا أروع جزء بالنسبة لي.
يعجبني أنه دقيق للغاية. وأنا أحب أن المجال الرياضي لنظرية الموجة الصدمية ، الذي تم إنشاؤه لمعالجة المشكلات التي لا علاقة لها بالنسبية العامة ، قد قادنا إلى اكتشاف نوع جديد من التفرد في الزمكان. أعتقد أن هذا أمر نادر جدًا ، وسأطلق عليه اكتشافًا من جيل إلى جيل ".
بينما يبدو النموذج جيدًا على الورق ، يتساءل تيمبل وفريقه كيف يمكن للتدرجات الحادة في الزمكان في "تفرد الانتظام" أن تتسبب في تأثيرات أكبر من المتوقع في العالم الحقيقي. تتوقع النسبية العامة أن موجات الجاذبية قد تنتج عن تصادم الأجسام الضخمة ، مثل الثقوب السوداء. يقول تمبل: "نتساءل عما إذا كانت موجة صدمة نجمية متفجرة تضرب صدمة داخلية عند حافة الانهيار ، قد تحفز موجات الجاذبية الأقوى من المتوقع". "لا يمكن أن يحدث هذا في التماثل الكروي ، وهو ما تفترضه نظريتنا ، ولكن من حيث المبدأ يمكن أن يحدث إذا تم كسر التماثل بشكل طفيف."
شرح الصورة: تسليم الفنان لفك الزمكان في بداية الانفجار الكبير. جون ويليامز / تيرازوم
