A revolucionária teoria geral da relatividade de Albert Einstein descreve a gravidade como uma curvatura no tecido do espaço-tempo. Os matemáticos da Universidade da Califórnia, Davis, criaram uma nova maneira de enrugar esse tecido enquanto ponderam as ondas de choque.
"Mostramos que o espaço-tempo não pode ser localmente plano em um ponto em que duas ondas de choque colidem", diz Blake Temple, professor de matemática da UC Davis. "Este é um novo tipo de singularidade na relatividade geral".
Temple e seus colaboradores estudam a matemática de como as ondas de choque em um fluido perfeito afetam a curvatura do espaço-tempo. Seus novos modelos provam que singularidades aparecem nos pontos em que as ondas de choque colidem. Os modelos matemáticos de Vogler simularam duas ondas de choque colidindo. Reintjes seguiu com uma análise das equações que descrevem o que acontece quando as ondas de choque se cruzam. Ele chamou a singularidade de "singularidade de regularidade".
“O que é surpreendente”, Temple disse à Space Magazine, “é que algo tão mundano quanto a interação das ondas pode causar algo tão extremo quanto uma singularidade no espaço-tempo - embora um novo tipo de singularidade muito leve. Também é surpreendente que eles formem nas equações mais fundamentais da teoria da relatividade geral de Einstein, as equações para um fluido perfeito ".
Os resultados são relatados em dois trabalhos de Temple com os estudantes Moritz Reintjes e Zeke Vogler na revista Proceedings of Royal Society A.
Einstein revolucionou a física moderna com sua teoria geral da relatividade publicada em 1916. A teoria, em resumo, descreve o espaço como um tecido quadridimensional que pode ser distorcido pela energia e pelo fluxo de energia. A gravidade mostra-se como uma curvatura desse tecido. “A teoria começa com a suposição de que o espaço-tempo (uma superfície quadridimensional, não bidimensional como uma esfera) também é“ localmente plana ”, explica Temple. "O teorema de Reintjes prova que, no momento da interação das ondas de choque, o [espaço-tempo] está muito" enrugado "para ficar localmente plano".
Geralmente pensamos em um buraco negro como sendo uma singularidade. Mas isso é apenas parte da explicação. Dentro de um buraco negro, a curvatura do espaço-tempo se torna tão íngreme e extrema que nenhuma energia, nem mesmo a luz, pode escapar. Temple diz que uma singularidade pode ser mais sutil, onde apenas um pedaço do espaço-tempo não pode ser feito para parecer localmente plano em qualquer sistema de coordenadas.
"Localmente plano" refere-se ao espaço que parece plano de uma certa perspectiva. Nossa visão da Terra a partir da superfície é um bom exemplo. A Terra parece plana para um marinheiro no meio do oceano. Somente quando nos afastamos da superfície é que a curvatura da Terra se torna aparente. A teoria da relatividade geral de Einstein começa com a suposição de que o espaço-tempo também é localmente plano. As ondas de choque criam uma mudança abrupta, ou descontinuidade, na pressão e na densidade de um fluido. Isso cria um salto na curvatura do espaço-tempo, mas não o suficiente para criar a "ondulação" vista nos modelos da equipe, diz Temple.
A parte mais legal da descoberta de Temple é que tudo, seu trabalho anterior sobre ondas de choque durante o Big Bang e a combinação do trabalho de Vogler e Reintjes, se encaixam.
Há muita sorte ”, diz Temple. “Essa é realmente a parte mais legal para mim.
Eu gosto que é tão sutil. E eu gosto que o campo matemático da teoria das ondas de choque, criado para resolver problemas que nada tinham a ver com a Relatividade Geral, nos levou à descoberta de um novo tipo de singularidade no espaço-tempo. Eu acho que isso é uma coisa muito rara, e eu chamaria de descoberta uma vez em uma geração. "
Enquanto o modelo parece bom no papel, Temple e sua equipe se perguntam como os declives acentuados no espaço-tempo em uma "singularidade de regularidade" podem causar efeitos maiores que o esperado no mundo real. A relatividade geral prevê que as ondas gravitacionais possam ser produzidas pela colisão de objetos maciços, como buracos negros. “Nós nos perguntamos se uma onda de choque estelar explosiva que atinge um choque implodente na extremidade anterior de um colapso pode estimular ondas de gravidade mais fortes do que o esperado”, diz Temple. "Isso não pode acontecer na simetria esférica, que nosso teorema assume, mas, em princípio, poderia acontecer se a simetria fosse levemente quebrada".
Legenda da imagem: Representação artística do desenrolar do espaço-tempo no início do Big Bang. John Williams / TerraZoom
