ШТА ЈЕ СИНГУЛАРНОСТ?

Send

Откад су научници први пут открили постојање црних рупа у нашем универзуму, сви смо се питали: шта би могло постојати изван вела те ужасне празнине? Поред тога, откад је први пут предложена теорија опште релативности, научници су били приморани да се питају шта је могло постојати пре рођења Универзума - тј. Пре Великог праска?

Занимљиво је да су ова два питања дошла до решења (након моде) теоријским постојањем нечега што је познато као Гравитациона сингуларност - тачка у простор-времену у којој се крше закони физике, као што их ми познајемо. И док још увек постоје изазови и нерешена питања ове теорије, многи научници верују да је испод вела хоризонта догађаја, а на почетку Универзума, то постојало.

Дефиниција:

У научном смислу, гравитациона сингуларност (или сингуларност простора-времена) је место где количине које се користе за мерење гравитационог поља постају бесконачне на начин који не зависи од координатног система. Другим речима, то је тачка у којој се сви физички закони не разликују један од другог, где простор и време више нису међусобно повезане стварности, већ се спајају нераздвојно и престају да имају било какво независно значење.

Порекло теорије:

Појединости су прво претпостављене као резултат Ајнштајнове теорије опште релативности, која је резултирала теоријским постојањем црних рупа. У суштини, теорија је предвиђала да ће свака звезда која досегне одређену тачку своје масе (ака. Сцхварзсцхил радијус) испољити гравитациону силу тако интензивну да би се срушила.

У овом тренутку, ништа не би могло да избегне његову површину, укључујући светлост. То је због чињенице да би гравитациона сила премашила брзину светлости у вакууму - 299,792,458 метара у секунди (1,079,252,848,8 км / х; 670,616,629 мпх).

Ова појава је позната као Цхандрасекхар Граница, названа по индијском астрофизичару Субрахманиану Цхандрасекхар-у, који ју је предложио 1930. Тренутно се верује да је прихваћена вредност ове границе 1,39 Сунчеве масе (тј. 1,39 пута веће од масе нашег Сунца), што се постиже са огромних 2.765 к 10³⁰ кг (или 2.765 билиона метричких тона).

Други аспект модерне Опште релативности је да је у време Великог праска (тј. Почетног стања Универзума) била јединственост. Рогер Пенросе и Степхен Хавкинг развили су теорије које су покушале да одговоре како гравитација може произвести сингуларности, које су се на крају спојиле и постале познате као Пенросе-Хавкинг-ове теореме.

Према Пенросеовом теорему о сингуларности који је предложио 1965. године, временска сингуларност ће се појавити унутар црне рупе кад год материја достигне одређене енергетске услове. У овом тренутку, закривљеност простора-времена унутар црне рупе постаје бесконачна, тако да је претвара у заробљену површину на којој време престаје да функционише.

Теорем о Хавкинговој сингуларности додао је томе наводећи да се сингуларност налик простору може појавити када се материја присилно компримира до одређене тачке, узрокујући да се правила која управљају материјом руше. Хавкинг је то пратио уназад до Великог праска, за који је тврдио да је тачка бесконачне густине. Међутим, Хавкинг је то касније ревидирао тврдећи да се општа релативност распада у време пре Великог праска, па самим тим није могуће предвидјети ни једну посебност.

Неки новији предлози такође сугерирају да Универзум није почео као јединственост. То укључује и теорије попут квантне гравитације петље, која покушава ујединити законе квантне физике са гравитацијом. Ова теорија каже да, због квантних гравитационих ефеката, постоји минимална удаљеност изнад које гравитација више не расте или да међусобно продирање валова честица маскира гравитационе ефекте који би се осетили на даљину.

Врсте сингуларитета:

Две најважније врсте сингуларности простора и времена познате су као сингуларности закривљености и конусне сингуларности. Сингуларности се такође могу поделити према томе да ли су обухваћене хоризонтом догађаја или не. У случају првог, имате Закривљеност и Коничност; док у последњем имате оно што је познато као Голе сингуларности.

Јединственост закривљености најбоље је приказана црном рупом. У центру црне рупе простор-време постаје једнодимензионална тачка која садржи огромну масу. Као резултат тога, гравитација постаје бесконачна, а простор-време криве се бесконачно, а закони физике како их познајемо престају да функционишу.

Коничне сингуларности настају када постоји тачка у којој је граница сваке опште коваријантне количине коначна. У овом случају, простор-време изгледа као конус око ове тачке, где се сингуларност налази на врху конуса. Пример такве коничне сингуларности је космичка струна, врста хипотетичке једнодимензионалне тачке за коју се верује да је настала током раног Универзума.

А, као што је већ поменуто, постоји Гола сингуларност, врста сингуларности која није скривена иза хоризонта догађаја. Први су их открили 1991. године Схапиро и Теуколски помоћу компјутерских симулација ротирајуће равни прашине која је указивала на то да Општа релативност може омогућити „голе“ јединствености.

У овом случају, оно што се заправо догађа у црној рупи (тј. Њена сингуларност) било би видљиво. Таква јединственост би теоретски била оно што је постојало пре Великог праска. Кључна реч овде је теоријска, јер остаје мистерија како би ти објекти изгледали.

За сада, тајност и шта се заправо крије испод вела црне рупе остаје мистерија. Како време пролази, нада се да ће астрономи моћи детаљније да проучавају црне рупе. Нада се и да ће научници у наредним деценијама наћи начин да спајају принципе квантне механике са гравитацијом и да ће то дати додатну светлост о томе како делује та мистериозна сила.

Овдје имамо много занимљивих чланака о гравитацијским сингуларностима у часопису Спаце Магазине. Ево 10 занимљивих чињеница о црним рупама, како би изгледала црна рупа? Да ли је велики прасак био само црна рупа?, Збогом велики прасак, здраво црна рупа ?, ко је Стивен Хокинг ?, и шта је на другој страни црна рупа?

Ако желите више информација о јединствености, погледајте ове чланке од НАСА-е и Пхислинк-а.

Астрономи Цаст има неке релевантне епизоде на ту тему. Ево епизоде 6: Више доказа за велики прасак и епизода 18: Црне и велике велике рупе и епизода 21: Одговор на црна рупа.

Извори: