Lý thuyết tương đối cách mạng của Albert Einstein, mô tả lực hấp dẫn như một độ cong trong kết cấu của không thời gian. Các nhà toán học tại Đại học California, Davis đã đưa ra một cách mới để làm nhăn vải đó trong khi suy nghĩ về sóng xung kích.
Chúng tôi chỉ ra rằng không thời gian không thể bằng phẳng cục bộ tại một điểm mà hai sóng xung kích va chạm nhau, anh nói, Blake Temple, giáo sư toán học tại UC Davis. Đây là một loại điểm kỳ dị mới trong thuyết tương đối rộng.
Temple và các cộng tác viên của ông nghiên cứu toán học về cách sóng xung kích trong một chất lỏng hoàn hảo ảnh hưởng đến độ cong của không thời gian. Các mô hình mới của họ chứng minh rằng các điểm kỳ dị xuất hiện tại các điểm mà sóng xung kích va chạm. Các mô hình toán học Vogler từ mô phỏng hai sóng xung kích va chạm. Reintjes tiếp theo với một phân tích về các phương trình mô tả những gì xảy ra khi sóng xung kích đi qua. Ông gọi là điểm kỳ dị đã tạo ra một điểm kỳ dị thường xuyên.
Thật đáng ngạc nhiên, Temple Temple nói với Tạp chí Vũ trụ, về việc một thứ gì đó trần tục như sự tương tác của sóng có thể gây ra một thứ gì đó cực kỳ giống như một điểm kỳ dị không thời gian - mặc dù là một loại kỳ dị mới rất nhẹ. Cũng đáng ngạc nhiên là chúng hình thành trong các phương trình cơ bản nhất của thuyết tương đối rộng Einstein Einstein, các phương trình cho một chất lỏng hoàn hảo.
Kết quả được Temple báo cáo trong hai bài báo với các sinh viên tốt nghiệp Moritz Reintjes và Zeke Vogler trên tạp chí Proceedings of the Royal Society A.
Einstein đã cách mạng hóa vật lý hiện đại với lý thuyết tương đối tổng quát của ông xuất bản năm 1916. Tóm lại, lý thuyết này mô tả không gian như một loại vải bốn chiều có thể bị biến dạng bởi năng lượng và dòng năng lượng. Trọng lực thể hiện chính nó như một độ cong của loại vải này. Lý thuyết bắt đầu với giả định rằng không thời gian (bề mặt 4 chiều, không phải 2 chiều như hình cầu), cũng là địa phương phẳng, Đền Temple giải thích. Định lý của Reintjes đã chứng minh rằng tại thời điểm tương tác sóng xung kích, nó [không thời gian] quá méo mó.
Chúng ta thường nghĩ về một lỗ đen là một điểm kỳ dị. Nhưng đây chỉ là một phần của lời giải thích. Bên trong một lỗ đen, độ cong của không thời gian trở nên dốc và cực đoan đến mức không năng lượng, thậm chí không ánh sáng, có thể thoát ra. Temple nói rằng một điểm kỳ dị có thể tinh tế hơn khi chỉ có thể tạo ra một bản vá không thời gian để trông phẳng cục bộ trong bất kỳ hệ tọa độ nào.
Càng địa phương phẳng thì đề cập đến không gian dường như bằng phẳng từ một góc độ nhất định. Quan điểm của chúng ta về Trái đất từ bề mặt là một ví dụ tốt. Trái đất trông phẳng lặng với một thủy thủ ở giữa đại dương. Nó chỉ có khi chúng ta di chuyển xa khỏi bề mặt mà độ cong của Trái đất trở nên rõ ràng. Thuyết Einstein của thuyết tương đối rộng bắt đầu với giả định rằng không thời gian cũng phẳng cục bộ. Sóng xung kích tạo ra một sự thay đổi đột ngột, hoặc gián đoạn, trong áp suất và mật độ của chất lỏng. Điều này tạo ra một bước nhảy trong độ cong của không thời gian nhưng không đủ để tạo ra một trò chơi nhăn nheo, được nhìn thấy trong các mô hình đội ngũ, Temple nói.
Phần thú vị nhất của việc tìm kiếm Temple là tất cả mọi thứ, tác phẩm trước đây của anh ấy về sóng xung kích trong Vụ nổ lớn và sự kết hợp giữa Vogler tựa và Reintjes, phù hợp với nhau.
Có rất nhiều sự tình cờ, Cha nói Temple. Đây thực sự là phần tuyệt vời nhất đối với tôi.
Tôi thích nó là rất tinh tế. Và tôi thích rằng lĩnh vực toán học của lý thuyết sóng xung kích, được tạo ra để giải quyết các vấn đề không liên quan đến Thuyết tương đối rộng, đã dẫn chúng ta đến việc khám phá ra một loại kỳ dị không thời gian mới. Tôi nghĩ rằng đây là một điều rất hiếm, và tôi đã gọi nó là một lần trong một khám phá thế hệ.
Trong khi mô hình có vẻ tốt trên giấy, Temple và nhóm của anh ấy tự hỏi làm thế nào các độ dốc lớn trong không thời gian tại một điểm kỳ dị thường xuyên có thể gây ra hiệu ứng lớn hơn mong đợi trong thế giới thực. Thuyết tương đối rộng dự đoán sóng trọng lực có thể được tạo ra do sự va chạm của các vật thể lớn, chẳng hạn như lỗ đen. Chúng tôi tự hỏi liệu một sóng xung kích bùng nổ có gây ra một cú sốc nổ ở rìa dẫn đầu của sự sụp đổ, có thể kích thích mạnh hơn sóng trọng lực dự kiến hay không, Temple Temple nói. Điều này không thể xảy ra trong đối xứng hình cầu, mà định lý của chúng ta giả định, nhưng về nguyên tắc nó có thể xảy ra nếu đối xứng bị phá vỡ một chút.
Chú thích hình ảnh: Nghệ sĩ tái hiện sự mở ra của không thời gian vào đầu Vụ nổ lớn. John Williams / TerraZoom
