ЩО ТАКЕ СИНГУЛЯРНІСТЬ?

Send

З тих пір, як вчені вперше виявили існування чорних дір у нашому Всесвіті, ми всі задавалися питанням: що могло б існувати поза завісою цієї страшної порожнечі? Крім того, з тих пір, як теорія загальної відносності була вперше запропонована, вчені змушені замислюватися, що могло існувати до народження Всесвіту - тобто до Великого вибуху?

Цікаво, що ці два питання вирішили (за модою) з теоретичним існуванням чогось відомого як Гравітаційна Сингулярність - точка в просторі-часі, де закони фізики, як ми їх знаємо, руйнуються. І хоча залишаються виклики та невирішені питання щодо цієї теорії, багато вчених вважають, що під завісою горизонту подій, і на початку Всесвіту, саме це існувало.

Визначення:

У науковому відношенні гравітаційна сингулярність (або сингулярність простору-часу) - це місце, де величини, які використовуються для вимірювання гравітаційного поля, стають нескінченними таким чином, що не залежить від системи координат. Іншими словами, це момент, коли всі фізичні закони не відрізняються один від одного, де простір і час вже не є взаємопов'язаними реаліями, а зливаються нерозривно і перестають мати будь-яке самостійне значення.

Походження теорії:

Сингулярність вперше була спрогнозована в результаті теорії загальної відносності Ейнштейна, що призвело до теоретичного існування чорних дір. По суті, теорія передбачала, що будь-яка зірка, що досягає певної точки своєї маси (ака. Радіус Шварцшильда), буде діяти гравітаційну силу настільки інтенсивно, що розпадеться.

У цей момент нічого не змогло б уникнути його поверхні, включаючи світло. Це пов’язано з тим, що гравітаційна сила перевищила б швидкість світла у вакуумі - 299,792,458 метрів в секунду (1,079,252,848,8 км / год; 670 616 629 миль / год).

Це явище відоме як межа Чандрасехар, названа на честь індійського астрофізика Субраманяна Чандрасехара, який запропонував її в 1930 р. В даний час прийнятим значенням цієї межі вважається 1,39 сонячних мас (тобто в 1,39 рази більше маси нашого Сонця), що виходить на колосальні 2,765 х 10³⁰ кг (або 2765 трлн трлн т).

Інший аспект сучасної загальної відносності полягає в тому, що в часи Великого вибуху (тобто початковий стан Всесвіту) була особливістю. Роджер Пенроуз і Стівен Хокінг розробили теорії, які намагалися відповісти, як гравітація може створювати особливості, які з часом об'єдналися і були відомі як теореми сингулярності Пенроуза-Хокінга.

Відповідно до теореми про сингулярність Пенроуза, яку він запропонував у 1965 році, у чорній дірі виникатиме часова сингулярність, коли матерія досягає певних енергетичних умов. У цей момент викривлення простору-часу всередині чорної діри стає нескінченним, тим самим перетворюючи її на захоплену поверхню, де час перестає функціонувати.

Теорема сингулярності Хокінга додала до цього, заявивши, що сингулярність синхронізму може виникати, коли матерія насильно стискається до точки, внаслідок чого правила, що регулюють матерію, руйнуються. Хокінг простежив це назад у часі до Великого вибуху, який, на його думку, був точкою нескінченної щільності. Однак згодом Хокінг переглянув це, щоб стверджувати, що загальна відносність руйнується часом до Великого вибуху, і, отже, не може бути передбачено особливості.

Деякі новітні пропозиції також припускають, що Всесвіт починався не як особливість. Сюди входять такі теорії, як квантова гравітація циклу, яка намагається уніфікувати закони квантової фізики з гравітацією. Ця теорія стверджує, що завдяки квантовому впливу гравітації існує мінімальна відстань, за якою гравітація більше не продовжує зростати, або що взаємопроникні хвилі частинок маскують гравітаційні ефекти, які можна було б відчути на відстані.

Типи особливості:

Два найважливіші типи сингулярності простору та часу відомі як Синулярність кривизни та Конічні Сингулярності. Сингулярності також можна розділити залежно від того, охоплені вони горизонтом подій чи ні. У випадку з першим у вас кривизна і конічність; тоді як в останньому ви маєте те, що відоме як Голі Сингулярності.

Сингулярність кривизни найкраще демонструється чорною дірою. У центрі чорної діри простір-час стає одновимірною точкою, яка містить величезну масу. Внаслідок цього гравітація стає нескінченною, а простір-час криві нескінченно, а закони фізики, як ми їх знаємо, перестають діяти.

Конічні особливості виникають, коли є точка, де межа кожної величини загальної коваріації є кінцевою. У цьому випадку простір-час виглядає як конус навколо цієї точки, де сингулярність розташована на кінчику конуса. Прикладом такої конічної сингулярності є космічна струна, тип гіпотетичної одновимірної точки, яка, як вважають, утворилася під час раннього Всесвіту.

І, як згадувалося, існує Гола Сингулярність, тип сингулярності, який не прихований за горизонтом подій. Вони були вперше виявлені в 1991 році Шапіро і Теукольським за допомогою комп’ютерного моделювання обертової площини пилу, яка свідчила про те, що загальна відносність може передбачати "голі" особливості.

У цьому випадку було б видно те, що насправді виявляється всередині чорної діри (тобто її особливості). Такою особливістю теоретично було б те, що існувало до Великого вибуху. Ключове слово тут теоретичне, оскільки залишається загадкою, як виглядали б ці об’єкти.

Наразі особливості та те, що насправді лежить під завісою чорної діри, залишається загадкою. З часом ідеться, що астрономи зможуть детальніше вивчити чорні діри. Також можна сподіватися, що в найближчі десятиліття вчені знайдуть спосіб злити принципи квантової механіки з силою тяжіння і що це проллє подальше світло на те, як діє ця таємнича сила.

У нас є космічний журнал про багато цікавих статей про гравітаційні особливості. Ось 10 цікавих фактів про чорні діри, як виглядала б чорна діра? Чи був великий вибух просто чорною дірою ?, до побачення великий вибух, привіт чорна діра? Хто є Стівен Хокінг ?, і що з іншого боку Чорна Діра?

Якщо вам більше потрібна інформація про особливості, перегляньте ці статті від NASA та Physlink.

У ролях астрономії є кілька відповідних епізодів на цю тему. Ось Епізод 6: Більше доказів Великого вибуху та Епізод 18: Чорні діри Великі та Малі та Епізод 21: На відповіді на питання "Чорна діра".

Джерела: