Гола сингулярність

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук

Гола сингулярність (англ. Naked singularity) - гіпотетичне поняття загальної теорії відносності, що означає гравітаційну сингулярність без горизонту подій. У класичній чорній дірі в сингулярності сила гравітації настільки велика, що світло не може покинути горизонт подій і, таким чином, об'єкти всередині горизонту подій, включаючи саму чорну діру, не можуть спостерігатися безпосередньо. Гола сингулярність, в разі її існування, навпаки, може спостерігатися ззовні.

Теоретичний доказ існування голих сингулярностей має велике значення, оскільки він означає, що, в принципі, спостереження стиснення об'єкта до нескінченної щільності можливе. Це сприяло б також вирішенню основних проблем загальної теорії відносності, оскільки загальна теорія відносності не може робити прогнози про майбутню еволюцію простору-часу поблизу сингулярності. Що стосується звичайних чорних дір, це не є проблемою, так як зовнішній спостерігач не може спостерігати простір-час всередині горизонту подій.

Деякі дослідження показують, що, якщо вірна теорія петлевої квантової гравітації, то голі сингулярності можуть існувати в природі [1] [2] [3] при допущенні, що Принцип космічної цензури не виконується. Чисельні розрахунки [4] та деякі інші аргументи [5] також вказують на таку можливість.

До теперішнього часу голі сингулярності не виявлені[6].

Гіпотеза виникнення[ред.ред. код]

У концепції обертових чорних дір [en] показано, що сингулярність, що швидко обертається, може стати кільцеподібним об'єктом. Це призводить до появи двох горизонтів подій, а також ергосфери, які зближуються в міру того, як спін сингулярності зростає. При злитті зовнішнього і внутрішнього горизонтів подій, вони стискаються до обертової сингулярності і зрештою відгороджують решту Всесвіту.

Сингулярність, що досить швидко обертається може виникнути в результаті колапсу пилу або наднової зірки.

Гола сингулярність є прикладом математичної складності (стиснення до нескінченної щільності), яка демонструє більш глибоку проблему в розумінні цього фізичного процесу. Працездатна теорія квантової гравітації повинна знайти прийнятне рішення даної проблеми.

Метрики[ред.ред. код]

Зникнення горизонту подій існує в метриці Керра, яка описує обертову чорну діру в вакуумі. Зокрема, якщо її момент імпульсу досить великий, горизонт подій зникне. Перетворивши метрику Керра в координати Бойера-Ліндквіста [en], можна показати [7], що координата (яка не є радіусом) горизонту подій

,

де , і . У цьому випадку, «зникнення горизонту подій» означає, що рішення є комплексними для , або .

Зникнення горизонту подій також можна побачити в метриці Райсснера-Нордстрема [en] для зарядженої чорної діри. У цій метриці можна показати [8], що сингулярність виникає при

,

де , та . З трьох можливих випадків для відносних значень та , в разі де , обидва значення є комплексними. Це означає, що метрика є регулярною для всіх позитивних значень , або, іншими словами, сингулярність не має горизонту подій.

Ефекти[ред.ред. код]

Наявність голої сингулярності дозволяє вченим спостерігати стиснення об'єкта до нескінченної щільності, яке за нормальних обставин неможливо. По ряду оцінок, відсутність горизонту подій дозволить голим сингулярностям випромінювати світло [9]. У той же час принцип космічної цензури, сформульований в 1969 році Роджером Пенроузом, стверджує, що гола сингулярність не може виникнути в нашому Всесвіті при реальних початкових умовах.

У науковій фантастиці[ред.ред. код]

  • Науково-фантастична трилогія Майкла Харрісона "Світло", "Новий розмах" та "Порожній простір" присвячена дослідженням голою сингулярності.
  • «Темна небезпека» Джеймса Гласса (опубліковано в журналі Astounding Science Fiction, березень 2005 року) описує ситуацію, коли екіпаж космічного корабля потрапляє в ергосферу чорної діри або сингулярності, і яким чином він вибирається з цієї, здавалося б, безвихідної ситуації.
  • У серії космічних опер Xeelee Sequence Стівена Бакстера описано масивне кільце, яке створює голу сингулярність. Вона використовується героями опер для переміщення в інший всесвіт.
  • В американському фантастичному телесеріалі Зоряний крейсер «Галактика» в епізоді під назвою «Daybreak» (2004) колонія Сайлони обертається по орбіті навколо голої сингулярності.
  • У трилогії Пітера Гамільтона «Світанок» (англ. The Night's Dawn) «сплячий бог», мабуть, є голою сингулярністю.
  • У комп'ютерній грі «Космічна станція 13» двигуни станції виробляють енергію за рахунок маленької голої сингулярності.

Примітки[ред.ред. код]

  1. M. Bojowald, Living Rev. Rel. 8, (2005), 11
  2. R. Goswami & P. ​​Joshi, Phys. Rev. D , (2008)
  3. R. Goswami, P. Joshi, & P. ​​Singh, Phys. Rev. Letters , (2006), 96
  4. D. Eardley & L. Smarr, Phys. Rev. D. , (1979), 19
  5. A. Krolak, Prog. Theor. Phys. Supp. , (1999) 136, 45
  6. Станом на 1 лютого 2016 року
  7. Hobson, et. al, General Relativity an Introduction for Physicists , Cambridge University Press 2007, p. 300-305
  8. Hobson, et. al, General Relativity an Introduction for Physicists , Cambridge University Press 2007, p. 320-325
  9. Stephen Battersby (1 October 2007). [http: //space.newscientist.com/article/dn12707-is-a-naked-singularity-lurking-in-our- galaxy.html Is a 'naked singularity' lurking in our galaxy?]. New Scientist. Процитовано 2008-03-06. 

Література[ред.ред. код]

Див. також[ред.ред. код]