Голая сингулярность

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Голая сингулярность (англ. Naked singularity) — 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[1][2][3] при допущении, что принцип космической цензуры не выполняется. Численные расчеты[4] и некоторые другие аргументы[5] также указывают на такую возможность.

К настоящему времени голые сингулярности не обнаружены.

Гипотеза возникновения[править | править код]

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.

Метрики[править | править код]

Исчезновение горизонта событий существует в метрике Керра, которая описывает вращающуюся чёрную дыру в вакууме. В частности, если её момент импульса достаточно велик, горизонт событий исчезнет. Преобразовав метрику Керра в координаты Бойера-Линдквиста[en], можно показать[6], что координата (которая не является радиусом) горизонта событий

,

где , и . В этом случае, «исчезновение горизонта событий» означает, что решения являются комплексными для , или .

Исчезновение горизонта событий также можно увидеть в метрике Райсснера-Нордстрема[en] для заряженной чёрной дыры. В этой метрике можно показать[7], что сингулярность возникает при

,

где , и . Из трёх возможных случаев для относительных значений и , в случае где , оба значения являются комплексными. Это означает, что метрика является регулярной для всех положительных значений , или, другими словами, сингулярность не имеет горизонта событий.

Эффекты[править | править код]

Наличие голой сингулярности позволит учёным наблюдать сжатие объекта до бесконечной плотности, которое при нормальных обстоятельствах невозможно. По ряду оценок, отсутствие горизонта событий позволит голым сингулярностям излучать свет[8]. В то же время принцип космической цензуры, сформулированный в 1969 году Роджером Пенроузом, утверждает, что голая сингулярность не может возникнуть в нашей Вселенной при реальных начальных условиях.

В научной фантастике[править | править код]

  • Научно-фантастическая трилогия Майкла Харрисона[en] (Свет[en], Новый размах[en] и Пустое пространство) посвящена исследованиям голой сингулярности.
  • «Темная опасность» Джеймса Гласса (опубликовано в журнале Astounding Science Fiction, март 2005 г.) описывает ситуацию, когда экипаж космического корабля попадает в эргосферу чёрной дыры или сингулярности, и каким образом он выбирается из этой, казалось бы, безвыходной ситуации.
  • В серии космических опер Xeelee Sequence Стивена Бакстера описано массивное кольцо, которое создаёт голую сингулярность. Она используется героями опер для перемещения в другую вселенную.
  • В американском фантастическом телесериале Звёздный крейсер «Галактика» в эпизоде под названием «Daybreak» (2004) колония Сайлон вращается по орбите вокруг голой сингулярности.
  • В трилогии Питера Гамильтона «Рассвет» (англ. The Night's Dawn) «спящий бог», по-видимому, является голой сингулярностью.
  • В компьютерной игре «Космическая станция 13» двигатели станции вырабатывают энергию за счет маленькой голой сингулярности.

Примечания[править | править код]

  1. M. Bojowald, Living Rev. Rel. 8, (2005), 11 Архивировано 21 декабря 2015 года.
  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. Hobson, et. al, General Relativity an Introduction for Physicists, Cambridge University Press 2007, p. 300—305
  7. Hobson, et. al, General Relativity an Introduction for Physicists, Cambridge University Press 2007, p. 320—325
  8. Stephen Battersby. Is a 'naked singularity' lurking in our galaxy?, New Scientist (1 October 2007). Проверено 6 марта 2008.

Литература[править | править код]