ČO JE TO SINGULARITA?

Send

Odkedy vedci prvýkrát objavili existenciu čiernych dier v našom vesmíre, všetci sme sa čudovali: čo by mohlo existovať za závojom tejto hroznej prázdnoty? Vedci boli navyše od prvého návrhu teórie všeobecnej relativity nútení premýšľať, čo by mohlo existovať pred narodením vesmíru - teda pred Veľkým treskom?

Je zaujímavé, že tieto dve otázky sa vyriešili (po móde) teoretickou existenciou niečoho, čo sa nazýva gravitačné singularity - bodom v časopriestore, kde sa porušujú fyzikálne zákony, ako ich poznáme. A zatiaľ čo v tejto teórii pretrvávajú výzvy a nevyriešené problémy, mnohí vedci sa domnievajú, že pod závojom horizontu udalostí a na začiatku vesmíru to bolo to, čo existovalo.

Definícia:

Z vedeckého hľadiska je gravitačná singularita (alebo priestorovo-časová singularita) miestom, kde sa množstvá, ktoré sa používajú na meranie gravitačného poľa, stanú nekonečnými spôsobom, ktorý nezávisí od súradnicového systému. Inými slovami, je to bod, v ktorom sú všetky fyzikálne zákony nerozoznateľné jeden od druhého, kde priestor a čas už nie sú vzájomne prepojené reality, ale spájajú sa nerozoznateľne a prestávajú mať akýkoľvek nezávislý význam.

Pôvod teórie:

Singularity boli najprv predikované v dôsledku Einsteinovej teórie všeobecnej relativity, ktorá vyústila do teoretickej existencie čiernych dier. Teória v podstate predpovedala, že každá hviezda siahajúca za určitý bod svojej hmotnosti (aka. Schwarzschildov polomer) by vyvinula gravitačnú silu takú intenzívnu, že by sa zrútila.

V tomto okamihu by nič nemohlo uniknúť z jeho povrchu, vrátane svetla. Dôvodom je skutočnosť, že gravitačná sila by prekročila rýchlosť svetla vo vákuu - 299 792 458 metrov za sekundu (1 079 252 848,8 km / h; 670 616 629 mph).

Tento jav je známy ako Chandrasekharský limit, pomenovaný po indickom astrofyzikovi Subrahmanyanovi Chandrasekharovi, ktorý ho navrhol v roku 1930. V súčasnosti sa považuje za akceptovateľnú hodnotu tohto limitu 1,39 slnečných hmôt (tj 1,39-násobok hmotnosti nášho Slnka), ktorý vyjde na neuveriteľných 2,765 x 10³⁰ kg (alebo 2 765 biliónov biliónov metrických ton).

Ďalším aspektom modernej všeobecnej relativity je to, že v čase veľkého tresku (t. J. Počiatočný stav vesmíru) bola jedinečnosť. Roger Penrose a Stephen Hawking vyvinuli teórie, ktoré sa pokúšali odpovedať na to, ako by gravitácia mohla spôsobiť singularity, ktoré sa nakoniec spojili, aby sa stali známymi ako Penrose-Hawking Singularity Theorems.

Podľa Penroseovej teórie singularity, ktorú navrhol v roku 1965, sa v čiernej diere objaví časová singularita vždy, keď hmota dosiahne určité energetické podmienky. V tomto okamihu sa zakrivenie časopriestoru v čiernej diere stáva nekonečným, čím sa premení na zachytený povrch, kde čas prestane fungovať.

Hawkingova teória singularity k tomu pridala vyhlásením, že priestorová singularita sa môže vyskytnúť, keď je hmota násilne stlačená do určitej miery, čo spôsobuje rozpad pravidiel, ktorými sa riadi hmota. Hawking to v čase vysledoval až k Veľkému tresku, ktorý tvrdil, že je bodom nekonečnej hustoty. Hawking to však neskôr zrevidoval, aby tvrdil, že všeobecná relativita sa rozpadá v čase pred Veľkým treskom, a preto nemohla predpovedať žiadnu jedinečnosť.

Niektoré novšie návrhy tiež naznačujú, že vesmír nezačal ako jedinečnosť. Patria sem teórie ako Loop Quantum Gravity, ktoré sa snažia zjednotiť zákony kvantovej fyziky s gravitáciou. Táto teória uvádza, že v dôsledku kvantových účinkov gravitácie existuje minimálna vzdialenosť, za ktorou sa gravitácia ďalej nezvyšuje, alebo že interpenetujúce vlny častíc maskujú gravitačné účinky, ktoré by sa pociťovali vo vzdialenosti.

Typy singularít:

Dva najdôležitejšie typy časopriestorových singularít sú známe ako Curvature Singularities a Conical Singularities. Singularity možno tiež rozdeliť podľa toho, či sú pokryté horizontom udalostí alebo nie. V prípade prvého z nich máte zakrivenie a kužeľ; zatiaľ čo v druhom prípade máte tzv. nahé singularity.

Singularitu zakrivenia najlepšie ilustruje čierna diera. V strede čiernej diery sa časopriestor stáva jednorozmerným bodom, ktorý obsahuje obrovskú hmotu. V dôsledku toho sa gravitácia stáva nekonečnou a časopriestorovými krivkami a zákony fyziky, ako ich poznáme, prestávajú fungovať.

Kónické singularity sa vyskytujú vtedy, keď je hranica každého množstva kovariancie konečná. V tomto prípade časopriestor vyzerá okolo kužeľa okolo tohto bodu, kde sa singularita nachádza na špičke kužeľa. Príkladom takejto kužeľovej singularity je kozmický reťazec, typ hypotetického jednorozmerného bodu, o ktorom sa predpokladá, že vznikol v ranom vesmíre.

A ako už bolo spomenuté, existuje nahá singularita, druh singularity, ktorý sa neskrýva za horizontom udalostí. Prvýkrát ich objavili v roku 1991 Shapiro a Teukolsky pomocou počítačových simulácií rotujúcej roviny prachu, ktorá naznačovala, že všeobecná relativita by mohla umožňovať „nahé“ singularity.

V tomto prípade by bolo zrejmé, čo sa skutočne prejaví v čiernej diere (t. J. Jej jedinečnosť). Takáto jedinečnosť by teoreticky bola tým, čo existovalo pred Veľkým treskom. Kľúčové slovo je tu teoretické, pretože zostáva záhadou toho, ako tieto objekty budú vyzerať.

Pre túto chvíľu ostávajú tajomstvá singularity a to, čo v skutočnosti leží pod závojom čiernej diery. Postupom času sa očakáva, že astronómovia budú môcť podrobnejšie študovať čierne diery. Dúfame tiež, že v nadchádzajúcich desaťročiach nájdu vedci spôsob, ako spojiť princípy kvantovej mechaniky s gravitáciou, a že to objasní, ako táto záhadná sila funguje.

Máme tu veľa zaujímavých článkov o gravitačných singularitách tu v časopise Space Magazine. Tu je 10 zaujímavých faktov o čiernych dierach, ako by vyzerala čierna diera? Bol veľký tresk len čiernou dierou?, Zbohom veľkým treskom, ahoj čiernou dierou? Kto je Stephen Hawking? A čo je na druhej strane čierna diera?

Ak chcete získať viac informácií o jedinečnosti, prečítajte si tieto články od NASA a Physlink.

Astronomy Cast má na túto tému niekoľko relevantných epizód. Tu je Epizóda 6: Viac dôkazov o Veľkom tresku a Epizóda 18: Čierne diery Veľké a malé a Epizóda 21: Odpovedali na otázky týkajúce sa čiernych dier.

zdroj: