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Jueves, 23 agosto 2012
Matemáticas

¿Arrugas en el espacio-tiempo allá donde colisionan dos ondas de choque?

Unos matemáticos han dado con un fenómeno que, al menos en teoría, podría causar arrugas en el tejido del espacio-tiempo.

Los cálculos realizados por el equipo de Blake Temple, profesor de matemáticas en la Universidad de California en Davis, demuestran que el espacio-tiempo no puede ser localmente "plano" o "liso" en un punto donde colisionan dos ondas de choque. La distorsión generada seria un nuevo tipo de singularidad en el marco aportado por la teoría de la relatividad general de Einstein.

La teoría de la relatividad general de Einstein explica la gravedad como una curvatura del espacio-tiempo. Sin embargo, argumenta Temple, la teoría parte del supuesto de que cualquier parcela local de espacio-tiempo se muestra plana en ausencia de la gravedad.

Una singularidad es una parcela de espacio-tiempo que no puede mostrarse plana en ningún sistema de coordenadas. Un ejemplo de singularidad es el interior de un agujero negro, donde la curvatura del espacio llega a ser extrema.

Temple y sus colaboradores estudiaron las matemáticas de cómo las ondas de choque en un fluido perfecto pueden afectar a la curvatura del espacio-tiempo en la relatividad general. En un trabajo anterior, Temple y Joel Smoller, profesor de matemáticas en la Universidad de Michigan, Estados Unidos, elaboraron un modelo para la onda de choque más grande de todas, la creada a partir del Big Bang, cuando el universo comenzó su existencia.

Una onda de choque crea un cambio abrupto, o discontinuidad, en la presión y la densidad de un fluido, y esto crea un salto en la curvatura.

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Sin embargo, se sabe desde la década de 1960 que el salto en la curvatura como consecuencia de una sola onda de choque no es suficiente para crear una situación que contradiga esa naturaleza localmente plana del espacio-tiempo.

Dando un paso adelante en esta línea de investigación, Zeke Vogler, de la Universidad de California en Davis, utilizó las matemáticas para simular dos ondas de choque en colisión una contra la otra. Moritz Reintjes de la misma universidad se ocupó de hacer un análisis de las ecuaciones que describen lo que ocurre cuando las ondas de choque se cruzan. El resultado aparente es que esto crea un nuevo tipo de singularidad, a la cual se la ha denominado "singularidad de regularidad".

Temple y sus colegas están ahora investigando si los abruptos gradientes en el tejido del espacio-tiempo en una singularidad de regularidad podrían crear algún efecto que se pueda medir en el mundo físico que nos rodea, más allá de la teoría matemática pura. Por ejemplo, se preguntan si podrían producir ondas gravitacionales. La relatividad general predice que tales ondas se producen, por ejemplo, por la colisión de objetos masivos como los agujeros negros, pero todavía no se han observado en la naturaleza. Las singularidades de regularidad también podrían ser formadas dentro de las estrellas con el paso por su interior de ondas de choque.


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