La revolucionaria teoría general de la relatividad de Albert Einstein describe la gravedad como una curvatura en el tejido del espacio-tiempo. Los matemáticos de la Universidad de California, Davis, han ideado una nueva forma de arrugar esa tela mientras reflexionan sobre las ondas de choque.
"Mostramos que el espacio-tiempo no puede ser localmente plano en un punto donde chocan dos ondas de choque", dice Blake Temple, profesor de matemáticas en UC Davis. "Este es un nuevo tipo de singularidad en la relatividad general".
Temple y sus colaboradores estudian las matemáticas de cómo las ondas de choque en un fluido perfecto afectan la curvatura del espacio-tiempo. Sus nuevos modelos demuestran que aparecen singularidades en los puntos donde chocan las ondas de choque. Los modelos matemáticos de Vogler simularon dos ondas de choque colisionando. Reintjes siguió con un análisis de las ecuaciones que describen lo que sucede cuando se cruzan las ondas de choque. Denominó que la singularidad creó una "singularidad de regularidad".
"Lo que es sorprendente", dijo Temple a la revista Space, "es que algo tan mundano como la interacción de las ondas podría causar algo tan extremo como una singularidad del espacio-tiempo, aunque un tipo de singularidad muy leve y nuevo. También es sorprendente que se formen en las ecuaciones más fundamentales de la teoría de la relatividad general de Einstein, las ecuaciones para un fluido perfecto ".
Los resultados se informan en dos documentos de Temple con los estudiantes graduados Moritz Reintjes y Zeke Vogler en la revista Proceedings of the Royal Society A.
Einstein revolucionó la física moderna con su teoría general de la relatividad publicada en 1916. En resumen, la teoría describe el espacio como un tejido de cuatro dimensiones que puede deformarse por la energía y el flujo de energía. La gravedad se muestra como una curvatura de este tejido. "La teoría comienza con la suposición de que el espacio-tiempo (una superficie de 4 dimensiones, no de 2 dimensiones como una esfera), también es" localmente plano ", explica Temple. El teorema de "Reintjes" demuestra que en el punto de interacción de la onda de choque, [el espacio-tiempo] está demasiado "arrugado" para ser plano localmente ".
Comúnmente pensamos en un agujero negro como una singularidad que es. Pero esto es solo una parte de la explicación. Dentro de un agujero negro, la curvatura del espacio-tiempo se vuelve tan empinada y extrema que no puede escapar energía, ni siquiera la luz. Temple dice que una singularidad puede ser más sutil cuando no se puede hacer que un parche de espacio-tiempo se vea localmente plano en cualquier sistema de coordenadas.
"Localmente plano" se refiere al espacio que parece ser plano desde una cierta perspectiva. Nuestra visión de la Tierra desde la superficie es un buen ejemplo. La Tierra parece plana para un marinero en medio del océano. Solo cuando nos alejamos de la superficie, la curvatura de la Tierra se hace evidente. La teoría de la relatividad general de Einstein comienza con el supuesto de que el espacio-tiempo también es localmente plano. Las ondas de choque crean un cambio brusco, o discontinuidad, en la presión y la densidad de un fluido. Esto crea un salto en la curvatura del espacio-tiempo, pero no lo suficiente como para crear la "arruga" que se ve en los modelos del equipo, dice Temple.
La parte más genial del hallazgo para Temple es que todo, su trabajo anterior en ondas de choque durante el Big Bang y la combinación del trabajo de Vogler y Reintjes, encajan.
Hay tanta casualidad ”, dice Temple. “Esta es realmente la parte más genial para mí.
Me gusta que sea tan sutil. Y me gusta que el campo matemático de la teoría de ondas de choque, creado para abordar problemas que no tienen nada que ver con la Relatividad General, nos haya llevado al descubrimiento de un nuevo tipo de singularidad espacio-temporal. Creo que esto es algo muy raro, y lo llamaría un descubrimiento único en una generación ".
Si bien el modelo se ve bien en el papel, Temple y su equipo se preguntan cómo los gradientes pronunciados en el espacio-tiempo en una "singularidad de regularidad" podrían causar efectos más grandes de lo esperado en el mundo real. La relatividad general predice que las ondas gravitacionales podrían ser producidas por la colisión de objetos masivos, como los agujeros negros. "Nos preguntamos si una onda de choque estelar explosiva que golpee un choque de implosión en el borde de ataque de un colapso, podría estimular ondas de gravedad más fuertes de lo esperado", dice Temple. "Esto no puede suceder en la simetría esférica, que supone nuestro teorema, pero en principio podría suceder si la simetría se rompiera ligeramente".
Pie de imagen: Interpretación artística del despliegue del espacio-tiempo al comienzo del Big Bang. John Williams / TerraZoom
