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Scoperta nuova piega nel tessuto dello spazio-tempo

Scritto da Hoda Arabshahi il 01.08.2012

La teoria che ha rivoluzionato la storia della fisica, la relatività generale di Albert Einstein, descrive la gravità come una curvatura nel tessuto spazio-temporale. Ora un gruppo di matematici americani dell’Università di California, Davis ha suggerito un nuovo modo per increspare questo tessuto che potrebbe mettere in crisi il modello, o almeno una delle sue ipotesi iniziali, il fatto che localmente il tessuto è piatto (un’ipotesi forte che tra l’altro esclude la possibilità di viaggi nel tempo o superluminari).

“Abbiamo dimostrato che lo spazio-tempo non può essere localmente piatto in un punto in cui due onde l’urto si scontrano,” ha affermato Blake Temple, professore di matematica dell’Università di California. “Questo è un nuovo tipo di singolarità nella teoria della relatività generale.”

Il risultato è stato pubblicato sulla rivista Proceedings of the Royal Society sotto forma di due ricerche realizzate da Blake Temple e dai suoi studenti Moritz Reintjes e Zeke Vogler.

Temple e i suoi colleghi si chiedono perché l’onda d’urto in un fluido perfetto influenza la curvatura dello spazio-tempo. Il loro nuovo modello prova che le singolarità appaiono sui punti dove le onde d’urto si scontrano. I modelli matematici di Vogler hanno simulato due onde d’urto generate dalla collisione, mentre Reintjes ha esaminato ulteriormente le analisi delle equazioni le quali descrivono ciò che succede quando le onde d’urto si incrociano, soprannominando la singolarità creata “singolarità di regolarità”.

“Ciò che sorprende”, Temple ha spiegato a Universe Today, “è che qualcosa di così comune come l’interazione tra le onde potrebbe causare qualcosa di così estremo come una singolarità dello spazio-tempo, soprattutto un nuovo tipo di singolarità.”

Einstein ha rivoluzionato la fisica moderna con la sua teoria della relatività generale pubblicata nel 1916. Questa teoria, in breve, descrive lo spazio come un tessuto a quattro dimensioni che potrebbe essere curvato dall’energia (o dalla massa, una particolare forma di energia) e dal flusso energetico. La gravità si descrive come una curvatura di questo lenzuolo quadridimensionale. “La teoria inizia con l’ipotesi secondo cui lo spazio-tempo (una superficie a quattro dimensioni e non quella a due dimensioni), è anche localmente piatto,” ha dichiarato Temple. La teoria di Reintjes prova il punto dell’interazione tra le onde d’urto  e dimostra che lo spazio-tempo è molto increspato per essere localmente piatto.

Gli scienziati comunemente pensano ad un buco nero come ad un esempio di singolarità, in cui il tessuto è “bucato” in un punto e forma un “pozzo” profondo all’infinito. Ma questo è solo una parte della spiegazione. Dentro un buco nero, la curvatura dello spazio-tempo diventa molto ripida ed estrema che nessuna energia, nemmeno la luce, può sfuggire.

“Essere localmente piatto” si riferisce al fatto che lo spazio appare piatto da una certa prospettiva. La superficie della nostra Terra è un buon esempio. La Terra sembra piatta per un marinaio in mezzo all’oceano, e non incurvata. La teoria della relatività generale di Einstein comincia con l’ipotesi secondo la quale lo spazio-tempo è anche localmente piatto. Le onde d’urto creano un cambiamento improvviso o una discontinuità nella pressione e nella densità di un fluido e questo genera un balzo nella curvatura dello spazio-tempo che non è sufficiente per creare la piega vista nei modelli del team di ricerca.

Mentre il modello sembra buono sulla carta, Temple e il suo team si chiedono come mai le pendenze ripide nello spazio-tempo in una singolarità di regolarità potrebbero causare effetti più grandi di quello che ci si aspetterebbe nel mondo reale.

La relatività generale predice che le onde di gravità potrebbero essere prodotte dalle collisioni di oggetti massivi, come buchi neri. “Ci chiediamo se un’onda d’urto proveniente da un’esplosione stellare potrebbe essere più forte di quello che prevederebbe la teoria di Einstein con le onde di gravità. Questo non potrebbe accadere in una simmetria sferica, ma sostanzialmente potrebbe avvenire solo quando la simmetria viene leggermente rotta”, ha affermato Temple.

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