www.wikidata.uk-ua.nina.az

Гола сингулярність англ Naked singularity гіпотетичне поняття загальної теорії відносності що означає гравітаційну сингу

Гола сингулярність

Гола сингулярність (англ. Naked singularity) — гіпотетичне поняття загальної теорії відносності, що означає гравітаційну сингулярність без горизонту подій. У класичній чорній дірі сингулярність повністю закрита межею, відомою як горизонт подій, усередині якої викривлення простору-часу настільки сильне, що світло не може вийти за цю межу. Отже, об'єкти всередині горизонту подій, включаючи саму сингулярність, не можна спостерігати безпосередньо. Голу сингулярність, у разі її існування, навпаки, мона було б спостерігати ззовні.

Можливість існування голих сингулярностей призволила б до фундаментальних проблем для загальної теорії відносності, оскільки загальна теорія відносності не дозволяє розрахувати еволюцію простору-часу поблизу сингулярності. У звичайних чорних дірах така проблема не виникає, оскільки зовнішній спостерігач не може бачити простір-час всередині горизонту подій.

Принцип космічної цензури проголошує неможливість голих сингулярностей. Однак вони можуть існувати в теоріях петльової квантової гравітації.

Голих сингулярностей у природі не спостерігалося. Астрономічні спостереження чорних дір вказують, що швидкість їхнього обертання нижча за поріг створення голої сингулярності (параметр обертання 1).

Можливість утворення Редагувати

У концепції обертових чорних дір 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 зростання моменту імпульсу сингулярності. Коли зовнішній і внутрішній горизонти подій зливаються, вони стискаються до обертової сингулярності і зрештою відкривають її для решти Всесвіту.

Сингулярність, що обертається досить швидко, може виникнути в результаті колапсу пилу абонаднової зорі.

Математик Деметріос Крістодулу, лауреат премії Шоу, показав можливість виникнення голих сингулярностей, але потім довів їх нестійкість.

Метрики Редагувати

Розраховане зображення гіпотетичної оголеної сингулярності на фоні Чумацького Шляху. Параметри сингулярності M=1, a²+Q²=2M². Сингулярність розглядається з її екваторіальної площини під кутом θ=90° (з ребра).
Порівняння з екстремальною чорною дірою з M=1, a²+Q²=1M².

Зникнення горизонту подій можливе вметриці Керра, яка описує обертову чорну діру в вакуумі. Воно відбувається, якщо її момент імпульсу достатньо великий. Перетворивши метрику Керра в координати Бойера-Ліндквіста[en], можна показати, що координата (яка не є радіусом) горизонту подій

,

де , і . У цьому випадку, «зникнення горизонту подій» означає, що розв'язки для є комплексними, або . Це відповідає випадку, коли перевищує (або в одиницях Планка, ), тобто момент імпульсу більший за те, що зазвичай вважається верхньою межею його фізично можливих значень.

Зникнення горизонту подій також можна побачити в метриці Райсснера-Нордстрема[en] для зарядженої чорної діри. У цій метриці можна показати, що горизонти знаходяться на

,

де , та . В разі обидва значення є комплексними. Це означає, що метрика є регулярною для всіх додатних значень , або, іншими словами, сингулярність не має горизонту подій. Однак це відповідає випадку, коли перевищує (або в одиницях Планка, ), тобто заряд перевищує те, що зазвичай вважається верхньою межею його фізично можливих значень.

Ефекти Редагувати

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.

Принцип космічної цензури Редагувати

Принцип космічної цензури, сформульований в 1969 році Роджером Пенроузом, стверджує, що гола сингулярність не може виникнути в нашому Всесвіті при реальних початкових умовах.

Події LIGO, включаючи GW150914, узгоджуються з відсутністю голих сингулярностей.

Деякі дослідження показують, що, якщо вірна теорія петльової квантової гравітації, то в природі можуть існувати голі сингулярності, порушуючи принцип космічної цензури. Чисельні розрахунки та деякі інші аргументи також дозволяють таку можливість.

У науковій фантастиці Редагувати

  • У фільмі «Інтерстеллар» Крістофера Нолана відсутність голої сингулярності заважає людству завершити теорію квантової гравітації через недоступність експериментальних даних із горизонту подій.
  • У романі Вонди Мак-Інтайра «Зоряний шлях» виявляється, що гола сингулярність є побічним ефектом експериментів з подорожей у часі та загрожує знищити Всесвіт, якщо експерименти з подорожей у часі не будуть зупинені до їх початку.
  • У візуальній новелі «Steins;Gate» гола сингулярність використовується для стиснення оцифрованих спогадів головного героя до меншого розміру, щоб потім відправити їх назад у часі за допомогою імпровізованої «машини для стрибка в часі».
  • 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 вергосферу 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 Редагувати

  1. Jeanna Bryne (20 листопада 2006). Pushing the Limit: Black Hole Spins at Phenomenal Rate. space.com. Процитовано 25 листопада 2017. 
  2. Crew, Bec (23 травня 2017). Naked Singularities Can Actually Exist in a Three-Dimensional Universe, Physicists Predict. ScienceAlert (en-gb). Процитовано 2 вересня 2020. 
  3. Garfinkle, David (1997). Choptuik scaling and the scale invariance of Einstein's equation. Phys. Rev. D 56 (6): R3169–R3173. Bibcode:1997PhRvD..56.3169G. arXiv:gr-qc/9612015. doi:10.1103/PhysRevD.56.R3169. 
  4. D.Christodoulou (1994). Examples of naked singularity formation in the gravitational collapse of a scalar field. Ann. Math. 140 (3): 607–653. JSTOR 2118619. doi:10.2307/2118619. 
  5. D. Christodoulou (1999). The instability of naked singularities in the gravitational collapse of a scalar field. Ann. Math. 149 (1): 183–217. JSTOR 121023. arXiv:math/9901147. doi:10.2307/121023. 
  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 (1 October 2007). . New Scientist. Архів оригіналу за 31 травня 2015. Процитовано 6 березня 2008. 
  9. Pretorius, Frans (31 травня 2016). Viewpoint: Relativity Gets Thorough Vetting from LIGO. Physics (англ.) 9. doi:10.1103/Physics.9.52. 
  10. M. Bojowald, Living Rev. Rel. 8, (2005), 11 [ 2015-12-21 у Wayback Machine.]
  11. Goswami, Rituparno; Joshi, Pankaj S. (22 жовтня 2007). Spherical gravitational collapse in N dimensions. Physical Review D 76 (8): 084026. Bibcode:2007PhRvD..76h4026G. ISSN 1550-7998. arXiv:gr-qc/0608136. doi:10.1103/physrevd.76.084026. 
  12. Goswami, Rituparno; Joshi, Pankaj S.; Singh, Parampreet (27 січня 2006). Quantum Evaporation of a Naked Singularity. Physical Review Letters 96 (3): 031302. Bibcode:2006PhRvL..96c1302G. ISSN 0031-9007. PMID 16486681. arXiv:gr-qc/0506129. doi:10.1103/physrevlett.96.031302. 
  13. Eardley, Douglas M.; Smarr, Larry (15 квітня 1979). Time functions in numerical relativity: Marginally bound dust collapse. Physical Review D (American Physical Society (APS)) 19 (8): 2239–2259. Bibcode:1979PhRvD..19.2239E. ISSN 0556-2821. doi:10.1103/physrevd.19.2239. 
  14. Królak, Andrzej (1999). Nature of Singularities in Gravitational Collapse. Progress of Theoretical Physics Supplement 136: 45–56. Bibcode:1999PThPS.136...45K. ISSN 0375-9687. arXiv:gr-qc/9910108. doi:10.1143/ptps.136.45. 


Література Редагувати

Див. також Редагувати

Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри
Дата публікації:
Gola singulyarnist angl Naked singularity gipotetichne ponyattya zagalnoyi teoriyi vidnosnosti sho oznachaye gravitacijnu singulyarnist bez gorizontu podij U klasichnij chornij diri singulyarnist povnistyu zakrita mezheyu vidomoyu yak gorizont podij useredini yakoyi vikrivlennya prostoru chasu nastilki silne sho svitlo ne mozhe vijti za cyu mezhu Otzhe ob yekti vseredini gorizontu podij vklyuchayuchi samu singulyarnist ne mozhna sposterigati bezposeredno Golu singulyarnist u razi yiyi isnuvannya navpaki mona bulo b sposterigati zzovni Mozhlivist isnuvannya golih singulyarnostej prizvolila b do fundamentalnih problem dlya zagalnoyi teoriyi vidnosnosti oskilki zagalna teoriya vidnosnosti ne dozvolyaye rozrahuvati evolyuciyu prostoru chasu poblizu singulyarnosti U zvichajnih chornih dirah taka problema ne vinikaye oskilki zovnishnij sposterigach ne mozhe bachiti prostir chas vseredini gorizontu podij Princip kosmichnoyi cenzuri progoloshuye nemozhlivist golih singulyarnostej Odnak voni mozhut isnuvati v teoriyah petlovoyi kvantovoyi gravitaciyi Golih singulyarnostej u prirodi ne sposterigalosya Astronomichni sposterezhennya chornih dir vkazuyut sho shvidkist yihnogo obertannya nizhcha za porig stvorennya goloyi singulyarnosti parametr obertannya 1 1 Zmist 1 Mozhlivist utvorennya 2 Metriki 3 Efekti 4 Princip kosmichnoyi cenzuri 5 U naukovij fantastici 6 Primitki 7 Literatura 8 Div takozhMozhlivist utvorennya RedaguvatiU koncepciyi obertovih chornih dir pokazano sho singulyarnist sho shvidko obertayetsya mozhe stati kilcepodibnim ob yektom Ce prizvodit do poyavi dvoh gorizontiv podij a takozh ergosferi yaki zblizhuyutsya v miru zrostannya momentu impulsu singulyarnosti Koli zovnishnij i vnutrishnij gorizonti podij zlivayutsya voni stiskayutsya do obertovoyi singulyarnosti i zreshtoyu vidkrivayut yiyi dlya reshti Vsesvitu Singulyarnist sho obertayetsya dosit shvidko mozhe viniknuti v rezultati kolapsu pilu abonadnovoyi zori 2 3 Matematik Demetrios Kristodulu laureat premiyi Shou pokazav mozhlivist viniknennya golih singulyarnostej 4 ale potim doviv yih nestijkist 5 Metriki Redaguvati nbsp Rozrahovane zobrazhennya gipotetichnoyi ogolenoyi singulyarnosti na foni Chumackogo Shlyahu Parametri singulyarnosti M 1 a Q 2M Singulyarnist rozglyadayetsya z yiyi ekvatorialnoyi ploshini pid kutom 8 90 z rebra nbsp Porivnyannya z ekstremalnoyu chornoyu diroyu z M 1 a Q 1M Zniknennya gorizontu podij mozhlive vmetrici Kerra yaka opisuye obertovu chornu diru v vakuumi Vono vidbuvayetsya yaksho yiyi moment impulsu dostatno velikij Peretvorivshi metriku Kerra v koordinati Bojera Lindkvista en mozhna pokazati 6 sho koordinata r displaystyle r nbsp yaka ne ye radiusom gorizontu podijr m m 2 a 2 1 2 displaystyle r pm mu pm mu 2 a 2 1 2 nbsp de m G M c 2 displaystyle mu GM c 2 nbsp i a J M c displaystyle a J Mc nbsp U comu vipadku zniknennya gorizontu podij oznachaye sho rozv yazki dlya r displaystyle r pm nbsp ye kompleksnimi abo m 2 lt a 2 displaystyle mu 2 lt a 2 nbsp Ce vidpovidaye vipadku koli J displaystyle J nbsp perevishuye G M 2 c displaystyle GM 2 c nbsp abo v odinicyah Planka J gt M 2 displaystyle J gt M 2 nbsp tobto moment impulsu bilshij za te sho zazvichaj vvazhayetsya verhnoyu mezheyu jogo fizichno mozhlivih znachen Zniknennya gorizontu podij takozh mozhna pobachiti v metrici Rajssnera Nordstrema en dlya zaryadzhenoyi chornoyi diri U cij metrici mozhna pokazati 7 sho gorizonti znahodyatsya nar m m 2 q 2 1 2 displaystyle r pm mu pm mu 2 q 2 1 2 nbsp de m G M c 2 displaystyle mu GM c 2 nbsp ta q G Q 2 4 p ϵ 0 c 4 displaystyle q GQ 2 4 pi epsilon 0 c 4 nbsp V razi m 2 lt q 2 displaystyle mu 2 lt q 2 nbsp obidva znachennya r displaystyle r pm nbsp ye kompleksnimi Ce oznachaye sho metrika ye regulyarnoyu dlya vsih dodatnih znachen r displaystyle r nbsp abo inshimi slovami singulyarnist ne maye gorizontu podij Odnak ce vidpovidaye vipadku koli Q 4 p e 0 displaystyle Q sqrt 4 pi varepsilon 0 nbsp perevishuye M G displaystyle M sqrt G nbsp abo v odinicyah Planka Q gt M displaystyle Q gt M nbsp tobto zaryad perevishuye te sho zazvichaj vvazhayetsya verhnoyu mezheyu jogo fizichno mozhlivih znachen Efekti RedaguvatiNayavnist goloyi singulyarnosti dozvolyaye vchenim sposterigati stisnennya ob yekta do neskinchennoyi shilnosti yake za normalnih obstavin nemozhlivo Po ryadu ocinok vidsutnist gorizontu podij dozvolit golim singulyarnostyam viprominyuvati svitlo 8 Princip kosmichnoyi cenzuri RedaguvatiPrincip kosmichnoyi cenzuri sformulovanij v 1969 roci Rodzherom Penrouzom stverdzhuye sho gola singulyarnist ne mozhe viniknuti v nashomu Vsesviti pri realnih pochatkovih umovah Podiyi LIGO vklyuchayuchi GW150914 uzgodzhuyutsya z vidsutnistyu golih singulyarnostej 9 Deyaki doslidzhennya pokazuyut sho yaksho virna teoriya petlovoyi kvantovoyi gravitaciyi to v prirodi mozhut isnuvati goli singulyarnosti 10 11 12 porushuyuchi princip kosmichnoyi cenzuri Chiselni rozrahunki 13 ta deyaki inshi argumenti 14 takozh dozvolyayut taku mozhlivist U naukovij fantastici RedaguvatiU filmi Interstellar Kristofera Nolana vidsutnist goloyi singulyarnosti zavazhaye lyudstvu zavershiti teoriyu kvantovoyi gravitaciyi cherez nedostupnist eksperimentalnih danih iz gorizontu podij U romani Vondi Mak Intajra Zoryanij shlyah viyavlyayetsya sho gola singulyarnist ye pobichnim efektom eksperimentiv z podorozhej u chasi ta zagrozhuye znishiti Vsesvit yaksho eksperimenti z podorozhej u chasi ne budut zupineni do yih pochatku U vizualnij noveli Steins Gate gola singulyarnist vikoristovuyetsya dlya stisnennya ocifrovanih spogadiv golovnogo geroya do menshogo rozmiru shob potim vidpraviti yih nazad u chasi za dopomogoyu improvizovanoyi mashini dlya stribka v chasi Naukovo fantastichna trilogiya Majkla Harrisona Svitlo Novij rozmah ta Porozhnij prostir prisvyachena doslidzhennyam goloyu singulyarnosti Temna nebezpeka Dzhejmsa Glassa opublikovano v zhurnali Astounding Science Fiction berezen 2005 roku opisuye situaciyu koli ekipazh kosmichnogo korablya potraplyaye vergosferu chornoyi diri abo singulyarnosti i yakim chinom vin vibirayetsya z ciyeyi zdavalosya b bezvihidnoyi situaciyi U seriyi kosmichnih oper Xeelee Sequence Stivena Bakstera opisano masivne kilce yake stvoryuye golu singulyarnist Vona vikoristovuyetsya geroyami oper dlya peremishennya v inshij vsesvit V amerikanskomu fantastichnomu teleseriali Zoryanij krejser Galaktika v epizodi pid nazvoyu Daybreak 2004 koloniya Sajloni obertayetsya po orbiti navkolo goloyi singulyarnosti U trilogiyi Pitera Gamiltona Svitanok angl The Night s Dawn splyachij bog mabut ye goloyu singulyarnistyu U komp yuternij gri Kosmichna stanciya 13 dviguni stanciyi viroblyayut energiyu za rahunok malenkoyi goloyi singulyarnosti Primitki Redaguvati Jeanna Bryne 20 listopada 2006 Pushing the Limit Black Hole Spins at Phenomenal Rate space com Procitovano 25 listopada 2017 Crew Bec 23 travnya 2017 Naked Singularities Can Actually Exist in a Three Dimensional Universe Physicists Predict ScienceAlert en gb Procitovano 2 veresnya 2020 Garfinkle David 1997 Choptuik scaling and the scale invariance of Einstein s equation Phys Rev D 56 6 R3169 R3173 Bibcode 1997PhRvD 56 3169G arXiv gr qc 9612015 doi 10 1103 PhysRevD 56 R3169 D Christodoulou 1994 Examples of naked singularity formation in the gravitational collapse of a scalar field Ann Math 140 3 607 653 JSTOR 2118619 doi 10 2307 2118619 D Christodoulou 1999 The instability of naked singularities in the gravitational collapse of a scalar field Ann Math 149 1 183 217 JSTOR 121023 arXiv math 9901147 doi 10 2307 121023 Hobson et al General Relativity an Introduction for Physicists Cambridge University Press 2007 p 300 305 Hobson et al General Relativity an Introduction for Physicists Cambridge University Press 2007 p 320 325 Stephen Battersby 1 October 2007 Is a naked singularity lurking in our galaxy New Scientist Arhiv originalu za 31 travnya 2015 Procitovano 6 bereznya 2008 Pretorius Frans 31 travnya 2016 Viewpoint Relativity Gets Thorough Vetting from LIGO Physics angl 9 doi 10 1103 Physics 9 52 M Bojowald Living Rev Rel 8 2005 11 Arhivovano 2015 12 21 u Wayback Machine Goswami Rituparno Joshi Pankaj S 22 zhovtnya 2007 Spherical gravitational collapse in N dimensions Physical Review D 76 8 084026 Bibcode 2007PhRvD 76h4026G ISSN 1550 7998 arXiv gr qc 0608136 doi 10 1103 physrevd 76 084026 Goswami Rituparno Joshi Pankaj S Singh Parampreet 27 sichnya 2006 Quantum Evaporation of a Naked Singularity Physical Review Letters 96 3 031302 Bibcode 2006PhRvL 96c1302G ISSN 0031 9007 PMID 16486681 arXiv gr qc 0506129 doi 10 1103 physrevlett 96 031302 Eardley Douglas M Smarr Larry 15 kvitnya 1979 Time functions in numerical relativity Marginally bound dust collapse Physical Review D American Physical Society APS 19 8 2239 2259 Bibcode 1979PhRvD 19 2239E ISSN 0556 2821 doi 10 1103 physrevd 19 2239 Krolak Andrzej 1999 Nature of Singularities in Gravitational Collapse Progress of Theoretical Physics Supplement 136 45 56 Bibcode 1999PThPS 136 45K ISSN 0375 9687 arXiv gr qc 9910108 doi 10 1143 ptps 136 45 Literatura RedaguvatiM C Werner and A O Peters Magnification relations for Kerr lensing and testing cosmic censorship Physical Review D Vol 76 Issue 6 2007 Pankaj S Joshi Do Naked Singularities Break the Rules of Physics Arhivovano 25 travnya 2012 u Archive is Scientific American January 2009 Marcus Chown Fast spinning black holes might reveal all Arhivovano 20 zhovtnya 2014 u Wayback Machine New Scientist August 2009 Div takozh RedaguvatiGravitacijna singulyarnist Chorna dira Bila dira Otrimano z https uk wikipedia org w index php title Gola singulyarnist amp oldid 40642808