Големи тела, налик Земјата, вршат искривувања на простор-времето
Доколку сакаме да ја измериме масата на нашето тело треба само да се качиме на вага и да почекаме стрелката да ни го даде одговорот. Но сепак, не постои ваков космички еквивалент доколку сакаме да ја дознаеме масата на регион од вселената—најдоброто што може да го направиме е да ја користиме геометриската формула.
Три скорешни математички докази целат кон подобрување на една од најкорисните вакви формули, а таа е Дефиницијата за маса на регион во простор-време, напишана од Стивен Хокинг. Тим составен од тројца математичари и физичари, неодамна ги објавиле своите трудови на веб страната arXiv.org. Користејќи ја генералната релативност, односно Ајнштајновата теорија за гравитација, математичарите можат да ги објаснат однесувањата на физичкиот свет, како што е примерот со движењето на планетите околу сонцето, како и карактеристичната орбита на планетата Меркур. Сепак, одредувањето на точната маса на објект е невозможна задача за една формула, заради начинот на кој масивните објекти вршат искривување на простор-времето.
“Проблемот за одредување на маса во даден регион од простор-времето е фундаментален за самото разбирање на генералната релативност, која е сегашната теорија за структурата на универзумот”, вели Хуберт Бреј, професор по математика и физика на Универзитетот Дјук. Заради недостатокот од една универзална равенка, математичарите и физичарите имаат создадено дузина формули кои ја претпоставуваат масата за даден регион. “Сите тие се научни претпоставки и ниедна од нив не е перфектна од сите аспекти”, кажува Бреј. Колку е попрецизна функцијата за маса, толку е и покомплицирана формулата која ја изразува, додава Бреј.
Австралискиот математичар Роберт Бартник, како за пример, дефинирал формула за маса на даден регион која претставува “златен стандард” за вистинскиот одговор, вели Брајан. Сепак, оваа формула е скоро невозможна да се пресмета.
Дополнителна опција е и Хокинговата теорија на маса. Познатиот физичар Стивен Хокинг ја развил теоријата за маса преку генерална релативност, исто така позната како Хокингова енергија, во 1960-тите. Половина век подоцна, оваа дефиниција останува најфаворизираната теорија за маса заради нејзината едноставност.
“Хокинговата маса е убава и едноставна формула” вели Бреј, но и таа самата има ограничувања. Иако лесна да се пресмета, таа ретко ги поседува својствата кои научниците ги бараат. “Сепак, имаме способност да покажеме дека Хокинговата маса соодветствува одлично за региони ограничени од специјални површини наречени временски-рамни површини” (Временски рамни се однесува на површините од сегашноста, во спротивност на оние кои се во иднината или дел кои се во минатото)
Бреј ја споредува вселената со кралски кревет со јорган, кој го претставува простор-времето, Доколку позиционираме голем објект како топка за куглање на креветот, во јорганоте ќе се создадат вдлабнатини. Колку помали објекти користиме, толку ќе бидат помали и самите вдлабнатини. Доколку пак тркаламе голф топче преку јорганот, неговата патека наместо да остане праволиниска, ќе се искриви накај вдлабнатината од топката за куглање. Овој ефект—искрививањето на простор-време—е тој што ја прави незгодна калкулацијата на маса во даден регион во вселената.
Делува интуитивно, дека регион од простор-времето со позитивна густина на материја(од Ѕвезди, планети, гасови и прашина), би требало да има и позитивна маса, вели Бреј. Исто така интуитивно делува дека значително големите региони треба да имаат значително поголема маса. Сепак, интуицијата не е доволна—математичарите мора да докажат дека формула за маса на даден регион, како Хокинговата маса, всушност ги има овие својства во одредени случаи.
“Извонредно е тоа што таква компактна формула, каква што е Хокинговата маса, го поседува ова покачувачко својство ” вели Бреј, “се разибра се додека регионите се ограничени од временски рамни површини. ”
Бреј и неговите соработници се надоврзале врз основа на ова својство, пишувајќи геометриски докази кои покажуваат дека според Хокинговата маса, масата на даден регион секогаш ќе се зголемува со растењето на нејзината област. Хокинговата маса сеуште не е перфектно функционална, вели Бреј, но е извонредно корисна за овие природни класи на временско-просторни површини.
Геометријата користена кај овие докази има поминато долга еволуција од деновите на Грчкиот математичар Питагора, вели Бреј. “Доколку Питагора денес беше жив, тој немаше да изучува триаголници и квадрати, тој ќе го изучуваше простор-времето. Досега прилично јасно ги разбравме триаголниците и квадратите, додека многу од интересните прашања поврзани со геометријата на простор-времето остануваат отворени за дискусија. Сеуште не чека голема работа”.
Извор: Phys.org
Превод: Бојан Андоновски
