إن محاولة فهم تشوه المكان والزمان يشبه تخيل مشهد من Alice in Wonderland حيث يمكن للغرف تغيير الأحجام والمواقع. الوصف الأكثر استخدامًا لالتواء الزمكان هو كيف يشوه الجسم الثقيل صفيحة مطاطية ممتدة. لكن في الواقع ، يقول الفيزيائيون إن هذا الالتواء معقد للغاية لدرجة أنهم لم يتمكنوا حقًا من فهم تفاصيل ما يجري. لكن الأدوات المفاهيمية الجديدة التي تجمع بين النظرية والمحاكاة الحاسوبية توفر طريقة أفضل للعلماء لتصور ما يحدث عندما تغير الجاذبية من جسم أو حدث نسيج الفضاء.
طور الباحثون في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا وجامعة كورنيل والمعهد الوطني للفيزياء النظرية في جنوب إفريقيا أدوات مفاهيمية يسمونها خطوط الوتر وخطوط الدوامة التي تمثل موجات الجاذبية. يقول الباحثون أن خطوط الدوامة والدوامة تصف قوى الجاذبية الناتجة عن انحراف الزمكان وتشبه خطوط المجال الكهربائي والمغناطيسي التي تصف القوى الكهربائية والمغناطيسية.
قال ديفيد نيكولز ، طالب دراسات عليا في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ابتكر مصطلح 'تندكس': 'تصف خطوط Tendex قوة التمدد التي تسبب تشوه الزمكان في كل شيء يواجهه'. 'خطوط Tendex الخارجة من القمر ترفع المد والجزر على محيطات الأرض ، وقوة التمدد لهذه الخطوط ستمزق رائد الفضاء الذي يسقط في ثقب أسود.'
من ناحية أخرى ، تصف خطوط الدوامة التواء الفضاء. لذلك ، إذا تم محاذاة جسم رائد الفضاء مع خط دوامة ، فسيتم عصره مثل منشفة مبللة.
دوامة حلزونية الشكل (صفراء) من الفضاء الدوامي تخرج من ثقب أسود ، وخطوط الدوامة (المنحنيات الحمراء) التي تشكل الدوامات. الائتمان: The Caltech / Cornell SXS Collaboration
لقد جربوا الأدوات على وجه التحديد على الكمبيوتر الذي يحاكي تصادمات الثقوب السوداء ، ورأوا أن مثل هذه التأثيرات ستنتج خطوط دوامة على شكل كعكة دائرية تطير بعيدًا عن الثقب الأسود المدمج مثل حلقات الدخان. وجد الباحثون أيضًا أن حزمة من خطوط الدوامة تخرج من الثقب الأسود مثل الماء من رشاش دوار. اعتمادًا على زوايا وسرعات الاصطدامات ، قد تتصرف الدوامة وخطوط الوتر - أو موجات الجاذبية - بشكل مختلف.
يقول الدكتور جيفري لوفليس ، عضو فريق كورنيل: 'على الرغم من أننا قمنا بتطوير هذه الأدوات لتصادم الثقوب السوداء ، إلا أنه يمكن تطبيقها في أي مكان يكون فيه الزمكان مشوهًا'. 'على سبيل المثال ، أتوقع أن يطبق الناس خطوط الدوامة والأوتار على علم الكونيات ، وعلى الثقوب السوداء التي تمزق النجوم عن بعضها ، وعلى التفردات التي تعيش داخل الثقوب السوداء. ستصبح أدوات قياسية عبر النسبية العامة '.
يقول الباحثون إن خطوط الوتر والدوامة توفر طريقة جديدة قوية لفهم طبيعة الكون. يقول الدكتور مارك شيل ، باحث أول في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا وقائد عمل المحاكاة للفريق: 'باستخدام هذه الأدوات ، يمكننا الآن فهم الكم الهائل من البيانات التي يتم إنتاجها في عمليات محاكاة الكمبيوتر لدينا بشكل أفضل'.
تم نشر ورقتهم في 11 أبريل في رسائل المراجعة المادية.
