"Результаты наших наблюдений подтверждают предположение о том, что Вселенная возникла в определённый момент времени. Однако сам момент начала творения, сингулярность, не подчиняется ни одному из известных законов физики."
Например, не могут быть одновременно бесконечными плотность и температура, т. к. при бесконечной плотности мера хаоса стремится к нулю, что не может совмещаться с бесконечной температурой.
Сингулярность
Гравитационная сингулярность
(иногда сингулярность пространства-времени) — точка (или подмножество) в пространстве-времени, через которую невозможно гладко продолжить входящую в неё геодезическую линию. В таких областях становится неприменимым базовое приближение большинства физических теорий, в которых пространство-время рассматривается как гладкое многообразие без края. Часто в гравитационной сингулярности величины, описывающие гравитационное поле, становятся бесконечными или неопределёнными. К таким величинам относятся, например, скалярная кривизна или плотность энергии в сопутствующей системе отсчёта.
В рамках классической общей теории относительности сингулярности обязательно возникают при формировании чёрных дыр под горизонтом событий, в таком случае они ненаблюдаемы извне. В некоторых случаях сингулярности могут быть видны внешнему наблюдателю — так называемые голые сингулярности, например космологическая сингулярность в теории Большого взрыва.
С математической точки зрения гравитационная сингулярность является множеством особых точек решения уравнений Эйнштейна. Однако при этом необходимо строго отличать так называемую «координатную сингулярность» от истинной гравитационной. Координатные сингулярности возникают тогда, когда принятые для решения уравнений Эйнштейна координатные условия оказываются неудачными, так что, например, сами принятые координаты становятся многозначными (координатные линии пересекаются) или наоборот, не покрывают всего многообразия (координатные линии расходятся и между ними оказываются не покрываемые ими «клинья»). Такие сингулярности могут быть устранены принятием других координатных условий, то есть преобразованием координат. Примером координатной сингулярности служит сфера Шварцшильда r=2r_s в пространстве-времени Шварцшильда в шварцшильдовских координатах, где компоненты метрического тензора обращаются в бесконечность. Истинные гравитационные сингулярности никакими преобразованиями координат устранить нельзя, и примером такой сингулярности служит многообразие r=0 в том же решении.
Сингулярности не наблюдаются непосредственно и являются, при нынешнем уровне развития физики, лишь теоретическим построением. Считается, что описание пространства-времени вблизи сингулярности должна давать квантовая гравитация.
С математической точки зрения гравитационная сингулярность является множеством особых точек решения уравнений Эйнштейна. Однако при этом необходимо строго отличать так называемую «координатную сингулярность» от истинной гравитационной. Координатные сингулярности возникают тогда, когда принятые для решения уравнений Эйнштейна координатные условия оказываются неудачными, так что, например, сами принятые координаты становятся многозначными (координатные линии пересекаются) или наоборот, не покрывают всего многообразия (координатные линии расходятся и между ними оказываются не покрываемые ими «клинья»). Такие сингулярности могут быть устранены принятием других координатных условий, то есть преобразованием координат. Примером координатной сингулярности служит сфера Шварцшильда r=2r_s в пространстве-времени Шварцшильда в шварцшильдовских координатах, где компоненты метрического тензора обращаются в бесконечность. Истинные гравитационные сингулярности никакими преобразованиями координат устранить нельзя, и примером такой сингулярности служит многообразие r=0 в том же решении.
Сингулярности не наблюдаются непосредственно и являются, при нынешнем уровне развития физики, лишь теоретическим построением. Считается, что описание пространства-времени вблизи сингулярности должна давать квантовая гравитация.
Космологическая сингулярность
— состояние Вселенной в начальный момент Большого Взрыва, характеризующееся бесконечной плотностью и температурой вещества. Космологическая сингулярность является одним из примеров гравитационных сингулярностей, предсказываемых общей теорией относительности (ОТО) и некоторыми другими теориями гравитации.
Проблема существования космологической сингулярности является одной из наиболее серьёзных проблем физической космологии. Дело в том, что никакие наши сведения о том, что произошло после Большого Взрыва, не могут дать нам никакой информации о том, что происходило до этого.
Попытки решения проблемы существования этой сингулярности идут в нескольких направлениях: во-первых, считается, что квантовая гравитация даст описание динамики гравитационного поля, свободного от сингулярностей, во-вторых, есть мнение, что учёт квантовых эффектов в негравитационных полях может нарушить условие энергодоминантности, на котором базируется доказательство Хокинга, в-третьих, предлагаются такие модифицированные теории гравитации, в которых сингулярность не возникает, так как предельно сжатое вещество начинает расталкиваться гравитационными силами (так называемое гравитационное отталкивание), а не притягиваться друг к другу.
Попытки решения проблемы существования этой сингулярности идут в нескольких направлениях: во-первых, считается, что квантовая гравитация даст описание динамики гравитационного поля, свободного от сингулярностей, во-вторых, есть мнение, что учёт квантовых эффектов в негравитационных полях может нарушить условие энергодоминантности, на котором базируется доказательство Хокинга, в-третьих, предлагаются такие модифицированные теории гравитации, в которых сингулярность не возникает, так как предельно сжатое вещество начинает расталкиваться гравитационными силами (так называемое гравитационное отталкивание), а не притягиваться друг к другу.
Голая сингулярность
— гипотетическое понятие общей теории относительности, обозначающее гравитационную сингулярность без горизонта событий. В классической чёрной дыре в сингулярности сила гравитации настолько велика, что свет не может покинуть горизонт событий и, таким образом, объекты внутри горизонта событий, включая саму чёрную дыру, не могут наблюдаться непосредственно. Голая сингулярность, в случае её существования, наоборот, может наблюдаться извне.
Теоретическое доказательство существования голых сингулярностей имеет большое значение, поскольку оно означает, что в принципе возможно наблюдение сжатия объекта до бесконечной плотности. Это способствовало бы также разрешению основополагающих проблем общей теории относительности, поскольку общая теория относительности не может делать прогнозы о будущей эволюции пространства-времени вблизи сингулярности. В случае обычных чёрных дыр, это не является проблемой, так как внешний наблюдатель не может наблюдать пространство-время внутри горизонта событий.
Некоторые исследования показывают, что, если верна теория петлевой квантовой гравитации, то голые сингулярности могут существовать в природе при допущении, что принцип космической цензуры не выполняется. Численные расчеты и некоторые другие аргументы также указывают на такую возможность.
К настоящему времени голые сингулярности не обнаружены.
В концепции вращающихся чёрных дыр показано, что быстро вращающаяся сингулярность может стать кольцеобразным объектом. Это приводит к появлению двух горизонтов событий, а также эргосферы, которые сближаются по мере того, как спин сингулярности возрастает. При слиянии внешнего и внутреннего горизонтов событий, они сжимаются к вращающейся сингулярности и в конце концов отгораживают остальную Вселенную.
Достаточно быстро вращающаяся сингулярность может возникнуть в результате коллапса пыли или сверхновой звезды.
Голая сингулярность является примером математической сложности (сжатие до бесконечной плотности), который демонстрирует более глубокую проблему в понимании этого физического процесса. Работоспособная теория квантовой гравитации должна найти приемлемое решение данной проблемы.
Некоторые исследования показывают, что, если верна теория петлевой квантовой гравитации, то голые сингулярности могут существовать в природе при допущении, что принцип космической цензуры не выполняется. Численные расчеты и некоторые другие аргументы также указывают на такую возможность.
К настоящему времени голые сингулярности не обнаружены.
В концепции вращающихся чёрных дыр показано, что быстро вращающаяся сингулярность может стать кольцеобразным объектом. Это приводит к появлению двух горизонтов событий, а также эргосферы, которые сближаются по мере того, как спин сингулярности возрастает. При слиянии внешнего и внутреннего горизонтов событий, они сжимаются к вращающейся сингулярности и в конце концов отгораживают остальную Вселенную.
Достаточно быстро вращающаяся сингулярность может возникнуть в результате коллапса пыли или сверхновой звезды.
Голая сингулярность является примером математической сложности (сжатие до бесконечной плотности), который демонстрирует более глубокую проблему в понимании этого физического процесса. Работоспособная теория квантовой гравитации должна найти приемлемое решение данной проблемы.
