A sabedoria aceita entre os pesquisadores gravitacionais tem sido de que o espaço-tempo não pode se tornar turbulento. Uma nova pesquisa da Perimetral, no entanto, mostra que a sabedoria aceita pode estar errado. Gravidade, pensa-se, podem comportar-se como um fluido. Um dos comportamentos característicos de fluidos é turbulência - isto é, sob certas condições, eles não se movem suavemente, mas de Foucault e do redemoinho.
Membro Perímetro Faculdade Luis Lehner explica por que ele pode fazer sentido para tratar a gravidade como um fluido. "Há uma conjectura em física - a conjectura holográfico - que diz que a gravidade pode ser descrito como uma teoria de campo", diz ele. "E nós também sabemos que em altas energias, teorias de campo pode ser descrito com as ferramentas matemáticas que usamos para descrever líquidos. Portanto, é uma dança de duas etapas: a gravidade é igual a teoria de campo, e teoria de campo é igual fluidos, assim que a gravidade é igual a campos igual fluidos. Isso chama-se a dualidade gravidade / fluidos ".
A dualidade de gravidade / fluidos não é novo trabalho - que tem sido desenvolvido ao longo dos últimos seis anos. Mas escondido no coração do que é uma tensão. Se a gravidade pode ser tratada como um fluido, então o que dizer de turbulência?
"Por muitos anos, o folclore entre os físicos é que a gravidade não pode ser turbulento", observa Lehner. A crença era de que a gravidade é descrita por um conjunto de equações que são suficientemente diferentes de equações dinâmicas de fluidos, de modo que não haveria turbulência sob quaisquer circunstâncias.
Lehner destaca o paradoxo emergente: "Ou havia um problema com a dualidade e da gravidade realmente não pode ser totalmente capturado por uma descrição de fluidos, ou houve um fenômeno novo na gravidade e gravidade turbulento realmente pode existir." Uma equipe de pesquisadores - Lehner, Huan Yang (Perimetral eo Instituto de Computação Quântica ) e Aaron Zimmerman ( Instituto Canadiano para a Astrofísica Teórica ) - estabelecido para descobrir qual.
Eles tiveram dicas sobre que direção ir. Simulações anteriores de perímetro, e trabalho independente fora do MIT, tinha sugerido que poderia haver turbulência em torno do caso não-realista de buracos negros confinados em espaço anti-de Sitter . "Pode haver turbulência se você limitar a gravidade em uma caixa, essencialmente", diz Lehner. "A questão mais profunda é se isso pode acontecer em uma situação real."
A equipe decidiu estudar-rápidos fiação buracos negros, porque a descrição de fluido-dinâmica de tais buracos sugere que o espaço-tempo ao seu redor é menos viscoso do que o espaço-tempo em torno de outros tipos de buracos negros. Baixa viscosidade aumenta a chance de turbulência - pensar na forma como a água é mais do que swirly melaço.
A equipe também decidiu estudar perturbações não-lineares dos buracos negros. Sistemas gravitacionais são raramente analisadas neste nível de detalhes, como as equações são diabolicamente complexo. Mas, sabendo que a turbulência é fundamentalmente não-linear, a equipe decidiu fazer uma análise de perturbação não-linear foi exatamente o que foi chamado para.
Eles ficaram surpresos quando a análise mostrou que o espaço-tempo se tornou turbulento.
"Fiquei muito surpreso", diz Yang, que vem estudando a relatividade geral ( GR ) - teoria da gravidade de Einstein - uma vez que o seu doutoramento. "Eu nunca acreditei em comportamento turbulento em GR, e por boas razões. Ninguém nunca tinha visto em simulações numéricas, mesmo de coisas dramáticas como buracos negros binários. "
"Ao longo dos últimos anos, passámos de uma séria dúvida sobre se a gravidade pode nunca ir turbulento, a muito alta confiança de que ele pode", diz Lehner.
Como é que este comportamento esconder até agora? "Ele estava escondido porque a análise necessária para ver que tem que ir para as ordens não-lineares", diz Yang. "As pessoas não têm motivação suficiente para fazer um estudo não-linear. Mas, desta vez, nós sabíamos o que estávamos procurando. Isso nos deu a motivação para fazer um estudo mais aprofundado. Tivemos um alvo e atingi-lo. "
Este é um trabalho teórico, mas que pode não ficar assim. Há detectores de última geração sobre a ficar online o que pode em breve ser capaz de detectar ondas gravitacionais - ondulações no "fluido" gravitacional que resultam de grandes eventos como a colisão de dois buracos negros. Se a gravitação pode ser turbulento, então essas ondulações pode ser um pouco diferente do que os modelos anteriores sugerem. Saber sobre essas diferenças podem fazer ondas gravitacionais mais fácil de detectar. E, é claro, na verdade detectar essas diferenças seria uma evidência direta da turbulência gravitacional.
"Há potenciais consequências observacionais desta descoberta", diz Lehner. " LIGO ou LISA ou algum futuro experimento de ondas gravitacionais pode ser capaz de detectá-los. "
Mas uma das consequências mais interessantes desta pesquisa não diz respeito à gravidade, mas, a turbulência Terra-bound comum. De furacões ao creme agitado em café, a partir de vôo da abelha impossível para os vórtices cisalhamento fora da extremidade das asas de avião, a turbulência é tudo o que nos rodeia. No entanto, nós não entendemos completamente. É considerado um dos maiores problemas não resolvidos da física clássica.
Esta pesquisa reforça a ideia de que a gravidade pode ser tratada como um fluido - o que também significa que os líquidos podem ser tratados gravitacionalmente.
"Nós temos sido preso por mais de 500 anos em alcançar um entendimento completo de turbulência", diz Lehner. "Esta correspondência gravidade / fluido diz-nos que há uma maneira de usar ferramentas gravitacionais e intuição gravitacional de tomar um novo olhar sobre a turbulência. Podemos acabar como preso como estamos em nossa abordagem padrão, ou podemos acabar derramando luz completamente nova, que ajuda o campo ir para a frente. É muito emocionante. "
Crédito da imagem: http://img3.wikia.nocookie.net/__cb20081031154246/spore/images/9/9d/Black_Hole.png
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