En rynke i rum-tid:Matematik viser, hvordan chokbølger kan rynke rummet

En ny matematisk ramme antyder, at chokbølger kan deformere rumtiden, som en rynke i et stof, hvilket giver et nyt perspektiv på arten af ​​disse magtfulde fænomener.

Stødbølger er forstyrrelser, der forplanter sig gennem et medium, som en krusning i vand eller et lydbom i luften. I universet er chokbølger ofte forbundet med voldsomme astrofysiske begivenheder, såsom supernovaer og kollisionen af ​​sorte huller.

Mens fysikere længe har forstået de grundlæggende egenskaber ved chokbølger, har deres indvirkning på selve rumtidens struktur været mindre klar. Den nye ramme, udviklet af forskere ved University of Cambridge og Queen Mary University of London, giver et matematisk grundlag for at studere, hvordan chokbølger kan kurve rumtiden.

Nøgleideen er at behandle chokbølger som defekter i rumtiden. Ligesom en revne i et materiale kan få det omgivende rum til at deformeres, så kan en stødbølge også skabe en knæk eller rynke i rumtidens stof.

"Vores arbejde viser, at chokbølger kan opfattes som 'tårer' i rumtiden," sagde Dr. Silviu-Marian Udrea, forsker ved University of Cambridge og hovedforfatter af undersøgelsen. "Disse tårer er ikke permanente, men de kan vare ved i en begrænset mængde tid."

Forskerne brugte en matematisk teknik kaldet differentialgeometri til at beskrive rumtidens deformation omkring stødbølger. De fandt ud af, at rumtidens krumning er proportional med styrken af ​​stødbølgen og den hastighed, hvormed den bevæger sig.

Det betyder, at stærkere chokbølger og dem, der bevæger sig hurtigere, vil forårsage en mere udtalt deformation af rumtiden. Forskerne fandt også ud af, at formen af ​​chokbølgen spiller en rolle i rumtidens deformation. For eksempel vil en sfærisk chokbølge forårsage en anden deformation end en cylindrisk eller plan chokbølge.

"Vores arbejde giver en ny måde at tænke på chokbølger og deres indvirkning på universet," sagde Udrea. "Det tyder på, at chokbølger kan spille en vigtig rolle i udviklingen af ​​kosmos og dannelsen af ​​galakser og sorte huller."

Forskerne siger, at deres resultater også kan hjælpe med at kaste lys over naturen af ​​mørk energi, en mystisk kraft, der accelererer universets udvidelse. Mørk energi menes at udgøre omkring 68% af universet, men dens natur er stadig ukendt.

"Vores arbejde tyder på, at mørk energi kan være relateret til rumtidens krumning forårsaget af chokbølger," sagde Udrea. "Dette er en spændende mulighed, som vi undersøger i vores igangværende forskning."

Studiet er publiceret i tidsskriftet Physical Review D.