Astrofysici van RUDN hebben een benadering voorgesteld om berekeningen van waarneembare effecten in de buurt van zwarte gaten te vereenvoudigen, waarop het wiskundige apparaat van Einsteins klassieke relativiteitstheorie niet van toepassing is. De resultaten van het werk zijn gepubliceerd in Fysieke beoordeling D . Volgens de algemene relativiteitstheorie de beweging van een massief lichaam veroorzaakt het optreden van ruimte-tijdrimpelingen die zwaartekrachtgolven worden genoemd. Ze werden voor het eerst geregistreerd in 2015. Zwaartekrachtgolven zijn echo's van het samensmelten van massieve zwaartekrachtobjecten zoals zwarte gaten - gebieden in de ruimte-tijd waar de zwaartekracht zo sterk is dat zelfs licht niet kan ontsnappen.

De ontdekking van zwaartekrachtsgolven deed wetenschappers oude theorieën heroverwegen die de structuur en kenmerken van zwarte gaten verklaren en nieuwe theorieën ontwikkelen. De vergelijkingen van Einstein bleken in sommige gevallen niet te kloppen. Verschillende gegeneraliseerde theorieën kwamen naar voren in een poging om een ​​aantal fundamentele problemen te begrijpen, inclusief donkere materie, donkere energie en kwantumzwaartekracht.

In afwachting van nieuwe waarnemingen van zwaartekrachtsgolven, theoretici analyseerden de bestaande effecten vanuit het oogpunt van verschillende gravitatietheorieën. Wetenschappers worden geconfronteerd met een aantal problemen, en een daarvan is de complexiteit van berekeningen - ze vereisen de verwerking van enorme data-arrays en ruime numerieke integraties, en bovendien, de eigenschappen van verschillende delen van de ruimte-tijd kunnen worden gekenmerkt door verschillende functies. Zwarte gaten worden alleen beschreven door "elegante" vergelijkingen in de theorie van Einstein, wat het eenvoudigst is en bepaalde symmetrische kenmerken heeft (d.w.z. als men op een bepaald punt een oplossing weet, de oplossing voor het andere punt, symmetrisch met de eerste, kan automatisch worden bepaald). Alternatieve theorieën zijn anders. Het beschrijven van zwarte gaten vereist complexe vergelijkingen, grote teams en supercomputers.

Elke vergelijking die een object of fenomeen beschrijft, omvat meerdere leden. Elk lid komt overeen met een bepaalde systemische parameter en is verbonden met de basiskenmerken die relatief stabiel zijn (bijvoorbeeld massa of lading). Deze verbindingen kunnen zeer complex zijn, en specialisten proberen ze vaak te vermijden door aannames en benaderingen te maken. Wetenschappers van RUDN hebben in hun werk laten zien dat het oplossingsproces voor bepaalde niet-Einstein-theorieën vereenvoudigd kan worden. Na de verwachte en waargenomen resultaten te hebben vergeleken, ze ontdekten dat de impact van bepaalde leden die de elegante symmetrie verstoren zo klein is dat deze kan worden verwaarloosd. Het is gemakkelijk te verifiëren of deze vereenvoudigde theorieën een ruimtevoorwerp correct beschrijven door eerdere systeemkenmerken in de vergelijking in te voeren en de verwachte huidige waarden te berekenen. Na het resultaat dat zijn positie beschrijft, straling of andere meetbare parameter wordt verkregen, het moet worden vergeleken met de werkelijke gegevens. Als de waarden vergelijkbaar zijn, een vereenvoudigde vergelijking wordt als correct beschouwd.

RUDN-astrofysici schetsten een manier om nog een probleem op te lossen. Het kan zijn dat we nog geen echte zwaartekrachttheorie hebben. In dit geval, bij het beschrijven van zwarte gaten, theoretici moeten vergelijkingen gebruiken die rekening houden met de parameters van elke specifieke theorie. Dergelijke vergelijkingen vereisen ook ingewikkelde berekeningen, maar de nieuwe aanpak kan ze aanzienlijk eenvoudiger maken.

"De resultaten van ons werk kunnen niet alleen nuttig zijn bij het bestuderen van processen in zwarte gaten, maar ook voor het verifiëren van theoretische voorspellingen en de theorie van Einstein in het algemeen, " concludeert Roman Konoplya, een co-auteur van het werk en een onderzoeksmedewerker aan het Institute of Gravitation and Cosmology, RUDN.

De wetten die van toepassing zijn op zwarte gaten verschillen van wat we weten over de klassieke of kwantumfysica. Bovendien, het is nog steeds onduidelijk of we ze goed begrijpen. Door zwarte gaten te bestuderen, kunnen onderzoekers universele ontwikkelingspatronen detecteren en het lot van het universum voorspellen.