Што такое сінгулярнасць? Кропка сінгулярнасці. Сінгулярнасць чорнай дзіркі

На сённяшні момант пытанне аб тым, што такое сінгулярнасць, хвалюе не толькі людзей, якія цікавяцца навукай, але і лепшых вучоных свету. Гэты тэрмін нам сустракаецца ў матэматыцы, фізіцы, астраноміі, касмалогіі і іншых дакладных навуках. Яго трактоўка трохі вар'іруецца, але прынцып застаецца ранейшым. Таму зараз мы па чарзе разгледзім, што такое сінгулярнасць з розных пунктаў гледжання, і высвятлім, чым так цікава для даследчыкаў гэта загадкавае з'ява.

Агульная трактоўка тэрміна

Перад тым як мы пачнем паглыбляцца ў таямніцы Сусвету, звернемся да гісторыі светабудовы. Самай правільнай на цяперашняй момант версіяй ўзнікнення свету з'яўляецца тэорыя Вялікага выбуху. У момант зараджэння усяго таго, што нас акружае, была толькі адна-адзіная кропка сінгулярнасці. Яе памеры дакладна невядомыя, але для разумення навукоўцы часта параўноўваюць яе з гарошынай. Пры гэтым не варта думаць, што гэты міні-шарык можна было б утрымаць у руцэ. Яго маса была роўная масе ўсіх зорак і галактык, якія сёння ёсць у космасе. Больш за тое, тэмпература гэтай гарошыны проста зашкальвала, а сіла гравітацыі ў ёй была вышэй, чым у цяпер існых чорных дзюр. Іншымі словамі, кропка сінгулярнасці - гэта адзінка прасторы-часу, у якой заключалася ўся матэрыя, напаўняе нашу Сусвет.

Як зьявіўся час?

Абавязкова варта вылучыць, што пад тэрмінам «матэрыя» маецца на ўвазе не толькі касмічную прастору, якое складаецца з мільярдаў астранамічных адзінак, але і ўсе часавыя адрэзкі. Так, ўявіць сабе гэта складана, але каб зразумець, што такое сінгулярнасць, трэба ўявіць сабе час як прасторавае вымярэнне, у якім можна перамяшчацца як наперад, так і назад. Усё гэта непарыўна звязана з крывізной прасторы, пра якую мы пагаворым ніжэй. Навукоўцам таксама невядома, на працягу якога часу па зямных мерках існавала гэтая гарошына. Парадаксальна тое, што ў такім сціснутым стане ў любым вымярэнні бясконцасць роўная нулю. Пазней кропка сінгулярнасці стала расці, тэмпература ў ёй падала, часціцы адштурхваліся адзін ад аднаго. Так час аддзялілася ад астатніх вымярэнняў і перастала быць прасторавай адзінкай. Таму сёння яно можа ісці толькі наперад.

касмалагічныя паняцці

Як вядома, навука касмалогія займаецца вывучэннем эвалюцыі Сусвету. Тут разглядаюцца ўсе так званыя эпохі, якія былі зробленыя пасля Вялікага выбуху. Менавіта ў адпаведнасці з гэтай тэорыяй навукоўцы вылучылі гіпотэзу аб тым, што Сусвет паўстала з сінгулярнасці. Пры гэтым перыяд існавання апошняй ўсталяваць немагчыма. Зыходзячы з гэтага, да гэтага часу старанна прапрацоўваюцца дзве найбольш праўдападобныя версіі. Першая заключаецца ў тым, што наш свет статычны. Вялікі выбух адбыўся ў пэўны момант, калі ўсе часціцы, якія знаходзяцца ў стане бясконцага сціску, рэзка адштурхнулі адзін ад аднаго. Акрамя таго, сінгулярнасць Сусвету да моманту выбуху характарызавалася наяўнасцю матэрыі і антыматэрыі. У нашы дні навукоўцы не выявілі ні адзінай антычасцінка. Другая версія будуецца на тым, што Вялікі выбух - гэта сапраўднае космасу. Устаноўлена, што галактыкі пастаянна выдаляюцца адзін ад аднаго, такім чынам, працэс пашырэння свету працягваецца па гэты дзень.

Сінгулярнасць ў касмалогіі

У эвалюцыі космасу, як гэта ні дзіўна, няма месца дзеючым на Зямлі фізічным формулах і законам. Гэта з'ява наглядна нам дэманструе касмалагічныя сінгулярнасць. Вядома ж, на практыцы высветліць, у якім стане ў момант зараджэння свету знаходзілася матэрыя, немагчыма, але тэарэтычна навукоўцы вылічылі парадаксальныя заканамернасці. Першае - крывізна прасторы-часу. Гэта азначае, што пракласці роўную геадэзічную лінію або кут у сферы сінгулярнасці немагчыма. Другое - гэта, як мы ўжо казалі, зусім іншы час. Тут можна трапіць у любую кропку на часовым адрэзку. Касмалагічныя сінгулярнасць, на думку навукоўцаў, - кропка адліку, якая называецца Вялікім выбухам. У гэты перыяд шчыльнасць і тэмпература рэчывы набліжаліся да бясконцых. Адначасова мера хаосу імкнулася да нуля, памнажаючы на сябе дзве папярэднія адзінкі. З пункту гледжання зямной фізікі тэмпература і шчыльнасць не могуць адначасова знаходзіцца ў бясконцай стане. І гэта толькі адзін з мноства парадоксаў, якія навукоўцы так і не могуць разгадаць.

Старая і новая тэорыя

Шмат гадоў таму Альберт Эйнштэйн падарыў свету знакамітую тэорыю адноснасці, якую цяпер называюць тэорыяй гравітацыі. Дзякуючы ёй мы сёння апісваем ўсе з'явы ў прасторы і часу, якія нас атачаюць. У адпаведнасці з тэорыяй фізічныя аб'екты не могуць валодаць сінгулярнасць. Гэта значыць на практыцы ніякае рэчыва або матэрыя не могуць мець масу, шчыльнасць або тэмпературу, роўную бясконцасці. А вось матэматыка славіцца як тэарэтычная навука, таму ў ёй ёсць месца функцый з бясконцымі значэннямі. Накладваючы адну вобласць ведаў на іншую, мы атрымліваем прыкладныя разлікі таго, што магло адбывацца ў момант Вялікага выбуху. Гэта, як ужо гаварылася, кропкі з бясконцымі фізічнымі велічынямі. Такая зьява атрымала назву фізічная або касмічная сінгулярнасць. Але яе законы несупаставімыя з тэорыяй адноснасці. Растлумачыць такое з'ява можа новая тэорыя квантавай гравітацыі. Гэта раздзел фізікі, дзе вывучаецца паводзіны святла, яго ўласцівасці і значнасць ва Сусвету. Самай тэорыі яшчэ не існуе, але маюцца пэўныя разлікі і перадумовы, якія могуць стаць яе асновай.

Разгадываем таямніцы гравітацыі

У астрафізіцы існуе такое паняцце, як хуткасць убегания. Яно выкарыстоўваецца для таго, каб вызначыць ступень разгону, з якой пэўны аб'ект зможа супраціўляцца гравітацыйным сілам. Да прыкладу, ракета з улікам яе масы павінна рухацца з хуткасцю каля 12 км / с, каб пакінуць атмасферу Зямлі. Але калі б наша планета мела дыяметр не 12 742 кіламетры, а адзін сантыметр, то для пераадолення поля прыцягнення трэба было б рухацца з хуткасцю большай, чым хуткасць святла. У такім выпадку Зямлю атачала б не звыклая нам сіла прыцягнення, а гравітацыйная сінгулярнасць. Вядома ж, усё гэта тэорыя, так як калі наша планета прыме падобныя памеры, яна ператворыцца ў чорную дзірку. Але такі вопыт дае магчымасць зразумець, якое значэнне гравітацыі ў Сусвеце.

Ад чаго залежыць сіла прыцягнення?

Чым бліжэй атамы размяшчаюцца адзін да аднаго, тым шчыльней рэчыва. Калі малекулы як-небудзь ўзаемадзейнічаюць паміж сабой, то адбываецца працэс награвання, такім чынам, тэмпература гэтага рэчыва павышаецца. У зямных умовах такія працэсы адбываюцца ў пэўных рамках, таму мы даўно вынайшлі формулы, якія дазваляюць разлічыць паводзіны любога хімічнага элемента. Усё таму, што сіла зямнога прыцягнення не дае часціцам збліжацца менш, чым на пэўную адлегласць, і аддаляцца больш, чым на канкрэтную велічыню. У адкрытым космасе, дзе назіраюцца пусткі паміж галактыкамі, прастору асабліва разряжаясь, гэта называецца вакуумам. Тут гравітацыі няма ў прынцыпе, таму малая колькасць матэрыі знаходзіцца ў хаосе. Каля вельмі шчыльных аб'ектаў (гіганцкія блакітныя зоркі, квазары, а таксама чорныя дзіркі) сіла прыцягнення падымаецца да нерэальных для нас, зямлян, велічынь. Часціцы тут размешчаны настолькі блізка адзін да аднаго, што утвараецца з'ява, якое называецца "гравітацыйная сінгулярнасць". Гэта тая самая аснова, якая ўплывае на скажэнне прасторы і ступень крывулі.

Гравітацыя і паводзіны матэрыі

У вобласць сінгулярнасці матэрыя ня засмоктваецца. Туды прыцягваецца толькі касмічны вецер і мікраскапічныя часціцы. Але чалавек чыста тэарэтычна можа па добрай волі адправіцца ў такія вобласці. Яны размяшчаюцца ў квазараў і ў чорных дзюрах і, на жаль, для жывых істот з'яўляюцца смяротнымі з пункту гледжання біялогіі. Трапляючы ў вобласць вялікі прыліўной сілы, цела пачне расцягвацца як уздоўж, так і папярок. У выніку абрысы чалавека ахінуць сферу і будуць круціцца ў ёй. Тэарэтычна, калі вочы яшчэ будуць бачыць і перадаваць сігнал у мозг, чалавек адначасова зможа бачыць усе свае часткі цела, уключаючы твар, якое будзе круціцца перад ім, перавышаючы хуткасць святла. Зразумела, што ў такім выглядзе чалавечае цела існаваць не можа, але ж гэта тычыцца зямной фізікі. Аднак падобны прыклад дае нам магчымасць прадставіць, што такое сінгулярнасць з практычнага пункту гледжання. Было б цікава выказаць здагадку, што мы як біялагічны від зможам прыняць гэтыя новыя фізічныя законы і існаваць у такіх формах, утвараючы новыя светы для сябе.

працягу часу

Пра тое, што такі час, можна спрачацца вечна. Сёння яго вызначаюць як працэс праходжання фізіялагічных, фізічных і псіхічных працэсаў для жывых арганізмаў і матэрыі нашага свету. Але ўласцівасці часу, яго схаваныя магчымасці так і не вывучаныя. Мы ўспрымаем яго як нешта суб'ектыўнае, і гэта старанна можна адсачыць, успамінаючы свае мінулыя гады. Калі мы жылі першы год жыцця, гэты адрэзак для нас быў роўны 100 працэнтам. Ён быў адзіным, што ў нас ёсць, усім жыццём і досведам. На другі свой дзень нараджэння адзін год ужо стаў 50 адсоткамі, на трэці - толькі трэцюю. Да 80-гадовага ўзросту адзін год ужо быў толькі 1/80 часціцай жыцця і нічога практычна не значыў. Так здаралася таму, што на працягу першага года ўсе, што мы бачылі, было новым. У далейшым нам трапляліся ужо ўсё больш і больш звыклыя рэчы і з'явы. Таму і здавалася, што дзяцінства цягнецца неверагодна доўга, а сталыя гады пралятаюць маментальна. Гэта наглядны прыклад таго, як ўспрыманне аднаго чалавека скажае працягу часу. А што ж будзе, калі зірнуць на гэты тэрмін з астранамічнай пункту гледжання?

Час у пачатку часоў

Гэта было невялікае адступленне, якое дало магчымасць зразумець усё тое, што мы бачым. Знаходзячыся зачыненымі ў рамках фізікі і, больш за тое, свайго ўласнага ўспрыманьня, нам цяжка ўявіць, што свет быў і можа быць зусім іншым. Дык вось, сінгулярнасць часу мела такое ж месца ў касмалогіі, як і сінгулярнасць прасторы. Цяпер для пераадолення адрэзку ў 1 кіламетр з хуткасцю 5 км / г спатрэбіцца 0,2 гадзіны. Каб даляцець ад Зямлі да Сатурна, неабходна выдаткаваць некалькі гадоў. Але як быць з часам, калі ўсё адлегласць, якое ёсць у свеце, роўна 1 сантыметры? Памнажаючы гэтак нікчэмныя параметры на бясконца вялікую шчыльнасць і масу, мы атрымліваем крывулю прасторы-часу. Гэта азначае, што ў момант, калі Сусвет была сінгулярнасць, магло адбывацца ўсё тое, што мы бачым цяпер. Падзеі, магчыма, змешваліся, неверагодна скажаліся і супастаўляліся. Прасцей кажучы, любы матэрыяльны аб'ект мог зазірнуць як у мінулае Зямлі або іншай планеты, так і ў яе будучыню.

Тэхналогіі і ўступленне ў новую эру

Існуе і так званая тэорыя сінгулярнасці, паводле якога нашая планета хутка ператворыцца ў вялікі біятэхнічных інтэлект. На думку даследчыкаў, да сярэдзіны 21-га стагоддзя будзе створаны кампутар, магчымасці якога перасягнуць магчымасці мозгу. Штучны розум, натуральна, возьме верх над менш развітымі істотамі. У гэты момант наступіць тэхналагічная сінгулярнасць. Такое назва была прыдумана таму, што невядома, чым такі прагрэсіўны скачок у галіне навукі скончыцца і ці ўдасца выжыць чалавецтву.

чарвяточыны

Сінгулярнасць чорнай дзіркі, з якой, уласна, і складаецца гэты касмічны аб'ект, - адна з самых вялікіх загадак свету. Сама Кротава нара на самай справе выглядае не як яма з варонкай і вузкім тунэлем, а як сфера, адукаваная гіганцкай сілай гравітацыі. Аб чорных дзюрах мы ўжо казалі вышэй, вызначаючы іх як смяротныя аб'екты ў Сусвеце. Сіла іх сціску неверагодна вялікая, таму на гарызонце падзей перакрыўляецца прастора і спыняецца час. Сінгулярнасць чорнай дзіркі параўнальная з тэорыяй Вялікага выбуху. Дасканала не вывучанае, але лічыцца, што сіла сціску ўнутры чарвяточыны такая ж, як у момант зараджэння свету. Вось чаму існуе тэорыя аб тым, што чорныя дзіркі - гэта эвалюцыя новых сусветаў, якія існуюць паралельна з нашай.

Дадатак, якое тлумачыць частка тэорыі

У агульных рысах тэорыю пункту невяртання і бясконцай шчыльнасці дае зразумець гульня «сінгулярнасці». Праходжанне місіі звязана з перамяшчэннем у прасторы і часе, дзе гэтыя два паняцці адзіныя. Герой перасоўваецца паміж 1950 годам і 2010-м, выпраўляючы памылкі савецкіх навукоўцаў і ратуючы сучасных катаржнікаў, заключаных на востраве, акружаным радыяцыяй. Калі паглыбіцца ў гэты свет, то паступова можна зразумець, што значыць час у прасторавым вымярэнні.

падвядзенне вынікаў

Вывучэнне ўсіх таямніц космасу, якія тычацца гравітацыі, дае магчымасць зразумець, што тэорыя адноснасці нас гранічна абмяжоўвае. Вядома ж, гэта неверагодная знаходка для зямных умоў, але калі гаворка ідзе аб вывучэнні іншых прастор, то варта адкінуць усе стэрэатыпы. Такое паняцце, як "сінгулярнасць", перагортвае ўспрыманне гуку, светлавых імпульсаў, крывізны прасторы і працягласці часу. Але сустракаецца яно пакуль што толькі ў матэматычнай тэорыі, а ў фізічнай практыцы не знаходзіць сабе тлумачэнні. Найбольш дэталёва цяпер даследуецца сінгулярнасць чорнай дзіркі, але лічыцца, што гэтая вобласць хоць і сціснутая да бясконцасці, гэта не самая сколлапсированная кропка Сусвету.