تصف النظرية النسبية العامة الثورية لألبرت أينشتاين الجاذبية بأنها انحناء في نسيج الزمكان. ابتكر علماء الرياضيات في جامعة كاليفورنيا ، ديفيس 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 عند نقطة تصطدم فيها موجتان من الصدمات'. 'هذا نوع جديد من التفرد في النسبية العامة.'
يدرس تيمبل ومعاونوه الرياضيات الخاصة بكيفية تأثير موجات الصدمة في سائل مثالي على انحناء الزمكان. تثبت نماذجهم الجديدة أن التفردات تظهر في النقاط التي تصطدم فيها موجات الصدمة. نماذج رياضية من Vogler محاكاة تصادم اثنين من موجات الصدمة. تابع Reintjes بتحليل المعادلات التي تصف ما يحدث عندما تتقاطع موجات الصدمة. أطلق على التفرد لقب 'التفرد المنتظم'.
قال تمبل لـ Universe Today: 'ما يثير الدهشة هو أن شيئًا عاديًا مثل تفاعل الأمواج يمكن أن يسبب شيئًا شديد التطرف مثل تفرد الزمكان - وإن كان نوعًا جديدًا معتدلًا جدًا من التفرد. والمثير للدهشة أيضًا أنها تشكل في معظم المعادلات الأساسية لنظرية النسبية العامة لأينشتاين ، معادلات مائع مثالي '.
تم الإبلاغ عن النتائج في ورقتين من قبل تمبل مع طلاب الدراسات العليا موريتز Reintjes و Zeke Vogler في مجلة Proceedings of the Royal Society A.
أحدث أينشتاين ثورة في الفيزياء الحديثة مع نظريته العامة للنسبية التي نشرت عام 1916. تصف النظرية باختصار الفضاء بأنه نسيج رباعي الأبعاد يمكن تشويهه بالطاقة وتدفق الطاقة. تظهر الجاذبية نفسها على أنها انحناء لهذا النسيج. يشرح تيمبل قائلاً: 'تبدأ النظرية بافتراض أن الزمكان (سطح رباعي الأبعاد ، وليس ثنائي الأبعاد مثل الكرة) ، هو أيضًا' مسطح محليًا '. 'تثبت نظرية Reintjes أنه عند نقطة تفاعل الموجات الصدمية ، يكون [الزمكان]' مجعدًا 'بدرجة تجعله مستويًا محليًا.'
نحن نعتقد عادة أن الثقب الأسود هو التفرد الذي هو عليه. لكن هذا ليس سوى جزء من التفسير. داخل الثقب الأسود ، يصبح انحناء الزمكان حادًا وشديدًا بحيث لا يمكن لأي طاقة ، ولا حتى الضوء ، الهروب. يقول تمبل أن التفرد يمكن أن يكون أكثر دقة حيث لا يمكن جعل بقعة 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 مثال جيد. تبدو الأرض مسطحة بالنسبة للبحار في وسط المحيط. فقط عندما نبتعد عن السطح يصبح انحناء الأرض واضحًا. تبدأ نظرية النسبية العامة لأينشتاين بافتراض أن الزمكان أيضًا مسطح محليًا. تُحدث موجات الصدمة تغيرًا مفاجئًا ، أو انقطاعًا ، في ضغط وكثافة السائل. يقول تيمبل إن هذا يخلق قفزة في انحناء الزمكان ولكن ليس بما يكفي لخلق 'التجعد' الذي شوهد في نماذج الفريق.
أروع جزء من الاكتشاف الذي توصل إليه تمبل هو أن كل شيء ، وعمله السابق على موجات الصدمة أثناء الانفجار العظيم ، والجمع بين أعمال فوغلر ورينتجيس ، يتلاءم معًا.
يقول تمبل: 'هناك الكثير من الصدفة'. 'هذا حقًا أروع جزء بالنسبة لي.
أنا أحب أنها خفية جدا. وأنا أحب أن المجال الرياضي لنظرية الموجات الصدمية ، الذي تم إنشاؤه لمعالجة المشاكل التي لا علاقة لها بالنسبية العامة ، قد قادنا إلى اكتشاف نوع جديد من تفرد الزمكان. أعتقد أن هذا شيء نادر جدًا ، وأنا أسميه اكتشاف مرة واحدة في جيل '.
في حين أن النموذج يبدو جيدًا على الورق ، يتساءل تيمبل وفريقه كيف يمكن للتدرجات الحادة في الزمكان في 'التفرد المنتظم' أن تسبب تأثيرات أكبر من المتوقع في العالم الحقيقي. تتنبأ النسبية العامة بأن موجات الجاذبية قد تنتج عن اصطدام أجسام ضخمة ، مثل الثقوب السوداء. يقول تيمبل: 'نتساءل عما إذا كانت موجة الصدمة النجمية المتفجرة التي تصطدم بصدمة من الداخل عند الحافة الأمامية للانهيار ، قد تحفز موجات جاذبية أقوى من المتوقع'. 'لا يمكن أن يحدث هذا في التناظر الكروي ، الذي تفترضه نظريتنا ، ولكن من حيث المبدأ يمكن أن يحدث إذا تم كسر التماثل قليلاً.'
التعليق على الصورة: أداء فنان لفك الزمكان في بداية الانفجار العظيم. جون ويليامز / تيرازوم
