Teori relativitas umum revolusioner Albert Einstein menggambarkan gravitasi sebagai kelengkungan dalam jalinan ruangwaktu. Matematikawan di University of California, Davis telah menemukan cara baru untuk meringkuk kain itu sambil merenungkan gelombang kejut.
"Kami menunjukkan bahwa ruangwaktu tidak bisa secara lokal datar pada titik di mana dua gelombang listrik bertabrakan," kata Blake Temple, profesor matematika di UC Davis. "Ini adalah jenis singularitas baru dalam relativitas umum."
Temple dan rekan-rekannya mempelajari matematika tentang bagaimana gelombang kejut dalam cairan yang sempurna mempengaruhi kelengkungan ruangwaktu. Model baru mereka membuktikan bahwa singularitas muncul pada titik di mana gelombang kejut bertabrakan. Model matematika Vogler mensimulasikan dua gelombang yang bertabrakan. Reintjes menindaklanjuti dengan analisis persamaan yang menggambarkan apa yang terjadi ketika gelombang kejutan melintas. Dia menjuluki singularitas menciptakan "singularitas keteraturan."
"Yang mengejutkan," kata Temple kepada Space Magazine, "adalah sesuatu yang biasa seperti interaksi gelombang dapat menyebabkan sesuatu yang ekstrem seperti singularitas ruangwaktu - meskipun jenis singularitas baru yang sangat ringan. Juga mengejutkan adalah bahwa mereka terbentuk dalam persamaan paling mendasar dari teori relativitas umum Einstein, persamaan untuk cairan sempurna. "
Hasilnya dilaporkan dalam dua makalah oleh Temple dengan mahasiswa pascasarjana Moritz Reintjes dan Zeke Vogler dalam jurnal Proceedings of the Royal Society A.
Einstein merevolusi fisika modern dengan teori relativitas umum yang diterbitkan pada tahun 1916. Teori singkatnya menggambarkan ruang sebagai kain empat dimensi yang dapat dilengkungkan oleh energi dan aliran energi. Gravitasi menunjukkan dirinya sebagai lengkungan dari kain ini. "Teori ini dimulai dengan asumsi bahwa ruangwaktu (permukaan 4 dimensi, bukan 2 dimensi seperti bola), juga" datar secara lokal, "jelas Temple. "Teorema Reintjes membuktikan bahwa pada titik interaksi gelombang kejut, [ruangwaktu] terlalu" berkerut "untuk menjadi datar secara lokal."
Kita biasanya menganggap black hole sebagai singularitas. Tetapi ini hanya sebagian dari penjelasan. Di dalam lubang hitam, kelengkungan ruangwaktu menjadi sangat curam dan ekstrem sehingga tidak ada energi, bahkan cahaya, yang bisa lolos. Temple mengatakan bahwa singularitas dapat menjadi lebih halus di mana hanya sepetak ruangwaktu tidak dapat dibuat agar terlihat datar secara lokal dalam sistem koordinat apa pun.
"Lokal datar" mengacu pada ruang yang tampaknya datar dari perspektif tertentu. Pandangan kami tentang Bumi dari permukaan adalah contoh yang baik. Bumi terlihat rata bagi seorang pelaut di tengah lautan. Hanya ketika kita bergerak jauh dari permukaanlah kelengkungan Bumi menjadi jelas. Teori relativitas umum Einstein dimulai dengan asumsi bahwa ruangwaktu juga datar secara lokal. Gelombang kejut membuat perubahan mendadak, atau diskontinuitas, dalam tekanan dan kepadatan cairan. Ini menciptakan lompatan dalam kelengkungan ruangwaktu tetapi tidak cukup untuk menciptakan "kerutan" yang terlihat dalam model tim, kata Temple.
Bagian paling keren dari penemuan untuk Temple adalah bahwa segalanya, pekerjaan awalnya tentang gelombang kejut selama Big Bang dan kombinasi dari karya Vogler dan Reintjes, cocok satu sama lain.
Ada begitu banyak kebetulan, ”kata Temple. “Ini benar-benar bagian paling keren bagi saya.
Saya suka itu sangat halus. Dan saya suka bahwa bidang matematika dari teori gelombang kejut, yang dibuat untuk mengatasi masalah yang tidak ada hubungannya dengan Relativitas Umum, telah membawa kami pada penemuan jenis baru ruangwaktu singularitas. Saya pikir ini adalah hal yang sangat langka, dan saya akan menyebutnya penemuan sekali dalam satu generasi. "
Sementara model terlihat bagus di atas kertas, Temple dan timnya bertanya-tanya bagaimana gradien curam dalam ruangwaktu di "singularitas keteraturan" dapat menyebabkan efek yang lebih besar dari yang diharapkan di dunia nyata. Relativitas umum memprediksi gelombang gravitasi mungkin dihasilkan oleh tumbukan benda-benda besar, seperti lubang hitam. "Kami bertanya-tanya apakah gelombang kejut bintang yang meledak menghantam guncangan meledak di ujung depan keruntuhan, mungkin merangsang lebih kuat dari gelombang gravitasi yang diharapkan," kata Temple. "Ini tidak bisa terjadi dalam simetri bola, yang diasumsikan oleh teorema kita, tetapi pada prinsipnya itu bisa terjadi jika simetri itu sedikit rusak."
Keterangan gambar: Artis membawakan pembukaan ruangwaktu di awal Big Bang. John Williams / TerraZoom
