Что такое нулевая сингулярность
Что такое сингулярность? Точка сингулярности. Сингулярность черной дыры
Что такое сингулярность?
Общая трактовка термина
Разгадываем тайны гравитации
В астрофизике существует такое понятие, как скорость убегания. Оно используется для того, чтобы определить степень разгона, с которой определенный объект сможет сопротивляться гравитационным силам. К примеру, ракета с учетом ее массы должна двигаться со скоростью около 12 км/с, чтобы покинуть атмосферу Земли. Но если бы наша планета имела диаметр не 12 742 километра, а один сантиметр, то для преодоления поля притяжения нужно было бы двигаться со скоростью большей, чем скорость света. В таком случае Землю окружала бы не привычная нам сила тяготения, а гравитационная сингулярность. Конечно же, все это теория, так как если наша планета примет подобные размеры, она превратится в черную дыру. Но такой опыт дает возможность понять, каково значение гравитации во Вселенной. т чего зависит сила тяготения? Чем ближе атомы располагаются друг к другу, тем плотнее вещество. Если молекулы как-либо взаимодействуют между собой, то происходит процесс нагревания, следовательно, температура этого вещества повышается. В земных условиях такие процессы происходят в определенных рамках, потому мы давно изобрели формулы, позволяющие рассчитать поведение любого химического элемента. Все потому, что сила земного притяжения не дает частицам сближаться меньше, чем на определенное расстояние, и отдаляться более, чем на конкретную величину. В открытом космосе, где наблюдаются пустоши между галактиками, пространство особенно разряжено, это называется вакуумом. Тут гравитации нет в принципе, потому малое количество материи пребывает в хаосе. Возле очень плотных объектов (гигантские голубые звезды, квазары, а также черные дыры) сила притяжения поднимается до нереальных для нас, землян, величин. Частицы тут расположены настолько близко друг к другу, что образуется явление, которое называется «гравитационная сингулярность». Это та самая основа, влияющая на искажение пространства и степень кривизны. Гравитация и поведение материи В область сингулярности материя не засасывается. Туда притягивается только космический ветер и микроскопические частицы. Но человек чисто теоретически может по доброй воле отправиться в такие области. Они располагаются в квазарах и в черных дырах и, увы, для живых существ являются смертоносными с точки зрения биологии. Попадая в область большой приливной силы, тело начнет растягиваться как вдоль, так и поперек. В результате очертания человека окутают сферу и будут вращаться в ней. Теоретически, если глаза еще будут видеть и передавать сигнал в мозг, человек одновременно сможет лицезреть все свои части тела, включая лицо, которое будет вращаться перед ним, превышая скорость света. Понятно, что в таком виде человеческое тело существовать не может, но ведь это касается земной физики. Однако подобный пример дает нам возможность представить, что такое сингулярность с практической точки зрения. Было бы интересно предположить, что мы как биологический вид сможем принять эти новые физические законы и существовать в таких формах, образуя новые миры для себя.
Течение времени
О том, что такое время, можно спорить вечно. Сегодня его определяют как процесс прохождения физиологических, физических и психических процессов для живых организмов и материи нашего мира. Но свойства времени, его скрытые возможности так и не изучены. Мы воспринимаем его как нечто субъективное, и это тщательно можно отследить, вспоминая свои прошедшие годы. Когда мы проживали первый год жизни, этот отрезок для нас был равен 100 процентам. Он был единственным, что у нас есть, всей жизнью и опытом. На второй свой день рождения один год уже стал 50 процентами, на третий – лишь третью. К 80-летнему возрасту один год уже был лишь 1/80 частицей жизни и ничего практически не значил. Так случалось потому, что в течение первого года все, что мы видели, было новым. В дальнейшем нам попадались уже все более и более привычные вещи и явления. Потому и казалось, что детство тянется невероятно долго, а зрелые годы пролетают моментально. Это наглядный пример того, как восприятие одного человека искажает течение времени. А что же будет, если взглянуть на этот термин с астрономической точки зрения? Время в начале времен Это было небольшое отступление, которое дало возможность понять все то, что мы видим. Находясь запертыми в рамках физики и, более того, своего собственного восприятия, нам сложно представить, что мир был и может быть совсем другим. Так вот, сингулярность времени имела такое же место в космологии, как и сингулярность пространства. Сейчас для преодоления отрезка в 1 километр со скоростью 5 км/ч потребуется 0,2 часа. Чтобы долететь от Земли до Сатурна, необходимо затратить несколько лет. Но как быть с временем, если все расстояние, которое имеется в мире, равно 1 сантиметру? Умножая столь ничтожные параметры на бесконечно большую плотность и массу, мы получаем кривизну пространства-времени. Это означает, что в момент, когда Вселенная была сингулярной, могло происходить все то, что мы видим сейчас. События, возможно, перемешивались, невероятно искажались и сопоставлялись. Проще выражаясь, любой материальный объект мог заглянуть как в прошлое Земли или другой планеты, так и в ее будущее. Технологии и вступление в новую эру Существует и так называемая теория сингулярности, согласно которой наша планета скоро превратится в большой биотехнический интеллект. По мнению исследователей, к середине 21-го века будет создан компьютер, возможности которого превзойдут возможности мозга. Искусственный разум, естественно, возьмет верх над менее развитыми существами. В этот момент наступит технологическая сингулярность. Такое название было придумано потому, что неизвестно, чем такой прогрессивный скачок в области науки закончится и удастся ли выжить человечеству. Червоточины Сингулярность черной дыры, из которой, собственно, и состоит этот космический объект, – одна из самых больших загадок мира. Сама кротовая нора на самом деле выглядит не как яма с воронкой и узким тоннелем, а как сфера, образованная гигантской силой гравитации. О черных дырах мы уже говорили выше, определяя их как смертоносные объекты во Вселенной. Сила их сжатия невероятно велика, потому на горизонте событий искривляется пространство и останавливается время. Сингулярность черной дыры сравнима с теорией Большого взрыва. Досконально не изучено, но считается, что сила сжатия внутри червоточины такая же, как в момент зарождения мира. Вот почему бытует теория о том, что черные дыры – это эволюция новых Вселенных, которые существуют параллельно с нашей. Приложение, объясняющее часть теории В общих чертах теорию точки невозврата и бесконечной плотности дает понять игра «Сингулярность». Прохождение миссии связано с перемещением в пространстве и времени, где эти два понятия едины. Герой передвигается между 1950 годом и 2010-м, исправляя ошибки советских ученых и спасая современных каторжников, заключенных на острове, окруженном радиацией. Если погрузиться в этот мир, то постепенно можно понять, что значит время в пространственном измерении. Подведение итогов Изучение всех тайн космоса, которые касаются гравитации, дает возможность понять, что теория относительности нас предельно ограничивает. Конечно же, это невероятная находка для земных условий, но если речь идет об изучении иных пространств, то стоит отбросить все стереотипы. Такое понятие, как «сингулярность», переворачивает восприятие звука, световых импульсов, кривизны пространства и длительности времени. Но встречается оно пока что только в математической теории, а в физической практике не находит себе объяснения. Наиболее детально ныне исследуется сингулярность черной дыры, но считается, что эта область хоть и сжата до бесконечности, это не самая сколлапсированная точка Вселенной.
Что такое сингулярность
Здравствуйте, уважаемые читатели блога KtoNaNovenkogo.ru. В разговорах с людьми мы иногда слышим редкое, непонятное большинству, слово «сингулярность». Для придания значимости собственной персоне, человек вворачивает подобные словечки, но точно ответить, что оно означает, не в состоянии.
Дословный перевод с латыни найти несложно. Слово singularis означает особенный, единственный, указывает на уникальность какого-либо события, существа, явления. Кажется, куда проще, но тут начинаются непонятности.
Это понятие применимо в разных сферах жизни человека, науки, техники, философии. В каждой области оно объясняется специфично. Неискушенному гражданину кажется, что речь идет о совсем непохожих вещах. Нет согласия даже в понимании значения слова.
Значение слова
Словно специально, чтобы запутать все окончательно, ученые умы придумали несколько разновидностей сингулярности. Согласно википедии бывают:
Сингулярность понятным языком
Да, легче не стало! Вы растеряны и возмущены: «Что это, простыми словами объяснить нельзя?». Давайте попробуем. Возьмем для примера два упомянутых выше трактования и объясним все это максимально просто (на пальцах):
Вы бросаете в люк один камень, промахнулись – камень остался в нашем пространстве. Следующий – попали, он пролетел границу горизонта и попал в зону сингулярности (неопределенности);
Два распространенных толкования этого явления способны описать его основные отличительные признаки:
Соответствие чего-то хотя бы одному из этих признаков говорит о том, что перед вами сингулярность.
Наиболее ярко по обоим признакам сингулярность иллюстрирует черная дыра. Считается, что в ее центре показатели всех физических характеристик бесконечны, законы физики не действуют, а время течет по неизвестным нам правилам. Поскольку предсказать поведение такого объекта невозможно, то и прогнозирование утрачивает всякий смысл.
Думаете, что все описанное далеко во времени, пространстве и нас не касается? Я покажу вам, что это не так.
Сингулярность в нашей жизни
Большинство процессов в обществе, экономике, истории, биологии происходит по условиям, предполагающим точку сингулярности в определенный момент времени. В основе развития этого явления лежит закон гиперболы. Прямо сейчас вокруг нас приближаются к своей развязке процессы, которые зарождались миллиарды лет назад.
Человечество и мировой продукт
Самый понятный пример – возрастание численности населения Земли и прирост мировых запасов продукта. Связи, обусловленные определенными условиями, строились тысячелетиями. Если сейчас оставить эти зависимости без изменения и продолжить их в будущее, очень скоро мы подойдем к точке сингулярности.
Количество людей на планете и мировой продукт были давно подсчитаны учеными. Еще два-три десятилетия назад стало понятно, что число людей увеличивается по квадратичной гиперболе, а производство продукции – по простой, то есть в 2 раза медленнее.
Прогнозы показывали, что в период с 2005 по 2020 год настанет время точки сингулярности. То есть сегодня мы внутри этого явления. Скажите, вы наблюдаете вокруг всеобъемлющее изобилие и богатство?
И снова технологическая сингулярность
Та самая точка, когда сложность развивающихся технологий будет недоступна человеческому пониманию, не за горами. Предположительно мы встретим ее с 2030 до 2045 года. Сценарий вероятных событий известен всем из фантастических фильмов.
Биологические революции
Сингулярность в биологии Земли дело привычное. Каждая революция происходила при гиперболическом росте популяции до какого-то момента. К примеру, динозавры были хозяевами планеты. Но после революционных событий их почти не осталось. Разве что крокодилы скромно занимают несущественную нишу.
Когда ученые мужи проанализировали периодичность дат революций, происходивших в биологии, а потом добавили к этой информации человеческие волнения, они заметили четкую связь с точкой сингулярности в районе 2010—2050 годов.
Сингулярность в истории
Это явление случалось довольно часто. Вспомните истории государств и империй. Скажем, Древний Рим в начале своего развития развивался по закону гиперболы.
Рост населения стал причиной захвата территорий, определил некоторое техническое развитие. Так продолжалось до нескольких эпидемий чумы, когда умерло до трети населения. После этого человечество задумалось о плотности жителей в одном месте.
Попытки восстановить количество людей позволили империи продержаться еще какое-то время. Но все равно государство по многим причинам распалось. Итак, алгоритм – резкий рост, нарушение равновесия, небольшие колебания, смена баланса ресурсов и гибель.
Похожие предопределенности были обнаружены в:
Выводы
В указанный исторический промежуток должно произойти что-то неимоверно важное, сравнимое с выходом живых организмов на сушу, что в корне изменит будущее.
Только не говорите, что все пропало и нам уготована участь крокодилов. Ведь и Рим не исчез бесследно. Да и мы отличаемся от динозавров. Мы можем думать, делать прогнозы, искать решения и адаптировать среду под свои потребности.
Главное, понимать что происходит и вовремя менять условия игры, чтобы не допускать необратимых процессов.
Потому что сингулярность – это точка с бесконечной плотностью, где нарушены все законы физики, а предположения о будущем неизвестны. В ней все теряет смысл. И осмысление происходящего тоже не имеет значения.
Удачи вам! До скорых встреч на страницах блога KtoNaNovenkogo.ru
Эта статья относится к рубрикам:
Комментарии и отзывы (9)
Пример с асфальтом и люком — абсолютно бредовый. Почему пространство стало плоское? Камень попавший в люк остается в пространстве.
Слово «сингулярность», будем считать, придумано людьми. Хотя и это вопрос спорный. Как допущение, годится. Другого ничего предложить не возможно. А если это так, то люди и вправе давать толкование этому слову. Ну и что, что его применяют в разных областях знаний. Да на здоровье. Кому от этого вред.
сингулярность — степень неопределенности (ЭНТРОПИЯ) стремится к бесконечности
Сингулярность — кердык всему в некой точке вселенной.
Когда-нибудь слыхали про Новохоперскую аномальную зону, что в районе Воронежского заповедника? Вот это и есть геодезическая зона сингулярности, там регистрировались даже искажения на фото, когда фотографировали скажем в 80-е годы 20 века, а видели очертания иностранных интервентов времен Гражданской войны, белочехов и прочих.
Вообще это очень опасно, человек может физически переместиться в другой слой информационного поля, как скажем и во время управляемого сновидения. И исчезнуть для нашего информационного поля насовсем.
Учёные вообще любят всякие непонятные словечки употреблять, вот кто-то смог заглянуть внутрь черной дыры? Конечно нет, так с чего учёные взяли, что законы физики там не работают?
Ну есть очень плотное тело, обладающее огромной гравитацией, что на определенном расстоянии от него все тела будут обречены на падение на поверхность этого тела и нет такой скорости, на которой можно было бы преодолеть эту гравитацию. Вот так мне понятно, но физикам же скучно и они какие-то сингулярности придумывают.
камент на каменты к этой страничке написал ещё В.Высоцкий:
«Товарищи ученые! не сомлевайтесь, милые, коль что у вас не ладится, ну там не тот аффект, мы мигом к вам заявимся с лопатами и с вилами, денёчек покумекаем и выправим дефект!»
Как говорится, когда ученому нечего сказать, он переходит на формулы, так же и здесь. А вообще, наука-большой лохотрон, помимо реальных людей, понимающих то о чем они говорят, четко представляющих происходящие процессы, в науку затесались и проходимцы, разного рода, которые пришли тупо зарабатывать. Отсюда и путаница.
«Талантам надо помогать, бездарности пробьются», даже сквозь сингулярность.
masterok
masterokМастерок.жж.рф
Хочу все знать
В философии слово «сингулярность», произошедшее от латинского «singulus» — «одиночный, единичный», обозначает единичность, неповторимость чего-либо — существа, события, явления. Больше всего над этим понятием размышляли современные французские философы — в частности, Жиль Делез. Он трактовал сингулярность как событие, порождающее смысл и носящее точечный характер. «Это поворотные пункты и точки сгибов; узкие места, узлы, преддверия и центры; точки плавления, конденсации и кипения; точки слез и смеха, болезни и здоровья, надежды и уныния, точки чувствительности». Но при этом, оставаясь конкретной точкой, событие неизбежно связано с другими событиями.
Поэтому точка одновременно является и линией, выражающей все варианты модификации этой точки и ее взаимосвязей со всем миром.
«Когда человек создаст машину, которая будет умнее человека, история станет непредсказуемой, потому что невозможно предугадать поведение интеллекта, превосходящего человеческий»
В других науках термин «сингулярность» стал обозначать единичные, особые явления, для которых перестают действовать привычные законы. Например, в математике сингулярность — это точка, в которой функция ведет себя нерегулярно — например, стремится к бесконечности или не определяется вообще. Гравитационная сингулярность — это область, где пространственно-временной континуум настолько искривлен, что превращается в бесконечность. Принято считать, что гравитационные сингулярности появляются в местах, скрытых от наблюдателей — согласно «принципу космической цензуры», предложенному в 1969 году английским ученым Роджером Пенроузом. Он формулируется так: «Природа питает отвращение к голой (т.е. видимой внешнему наблюдателю) сингулярности». В черных дырах сингулярность скрыта за так называемым горизонтом событий — воображаемой границей черной дыры, за пределы которой не вырывается ничего, даже свет.
Но ученые продолжают верить в существование где-то в космосе «голых» сингулярностей. А самый яркий пример сингулярности — состояние с бесконечно большой плотностью материи, возникающее в момент Большого взрыва. Этот момент, когда вся Вселенная была сжата в одной точке, остается для физиков загадкой — потому, что он предполагает сочетание взаимоисключающих условий, например, бесконечной плотности и бесконечной температуры.
В сфере IT ждут прихода другой сингулярности — технологической. Ученые и писатели-фантастыобозначают этим термином тот переломный момент, после которого технический прогресс ускорится и усложнится настолько, что окажется недоступным нашему пониманию. Исходно этот термин предложил американский математик и писатель-фантастВернор Виндж в 1993 году. Он высказал следующую идею: когда человек создаст машину, которая будет умнее человека, история станет непредсказуемой, потому что невозможно предугадать поведение интеллекта, превосходящего человеческий. Виндж предположил, что это произойдет в первой трети XXI века, где-то между 2005 и 2030 годами.
В 2000 году американский специалист по развитию искусственного интеллекта Елиезер Юдковски также высказал гипотезу о том, что, возможно, в будущем появится программа искусственного интеллекта, способная совершенствовать саму себя со скоростью, во много раз превосходящей человеческие возможности. Близость этой эры, по мнению ученого, можно определить по двум признакам: растущая техногенная безработица и экстремально быстрое распространение идей.
«Вероятно, это окажется самой стремительной технической революцией из всех прежде нам известных, — писал Юдковски. — Свалится, вероятнее всего, как снег на голову — даже вовлеченным в процесс ученым… И что же тогда случится через месяц или два (или через день-другой) после этого? Есть только одна аналогия, которую я могу провести — возникновение человечества. Мы очутимся в постчеловеческой эре. И несмотря на весь свой технический оптимизм, мне было бы куда комфортнее, если бы меня от этих сверхъестественных событий отделяли тысяча лет, а не двадцать».
Темой технологической сингулярности вдохновлялись писатели жанра «киберпанк» — например, она встречается в романе Уильяма Гибсона «Нейромант». Она показана и в популярном романе современного фантаста Дэна Симмонса «Гиперион» — там описывается мир, помимо людей, населенный Искинами — то есть, носителями искусственного интеллекта, которые вступают в конфликт с человечеством.
«Это был сингулярный случай, когда механизм вышел из-под контроля». Правильно — «единичный».
«Я уверен, рано или поздно Вселенная снова схлопнется в сингулярность».
«Мне нравится этот роман — лучшее описание технологической сингулярности из всех, что я читал».
Нужна ли сингулярность Черной дыре и ОТО?
Нужна ли сингулярность Черной дыре и общей теории относительности?
Солнце, несомненно, сделано из чистого
золота, именно поэтому оно так блестит.
Сингулярная неполнота общей теории относительности
Для общей теории относительности и для физики в целом сингулярность является серьёзной неприятностью. Нет не только более или менее приемлемой теории явления, но оно самим фактом своего существования противоречит всем известным законам физики. То есть, любая существующая или новая теория, которая должна описывать сингулярность, уже изначально будет им противоречить. Сжатое до бесконечной плотности вещество находится в том особом состоянии, которое теоретики описывают как сжатое в пространстве и застывшее во времени.
Парадоксально, хотя сингулярность и не подчиняется известным законам физики, но при этом является неизбежным следствием математического формализма общей теории относительности, её прямым следствием. Её предсказание, не имеющее до сих пор наблюдательного опровержения, оказывает на теорию, так сказать, обратное воздействие, ставя под сомнение истинность теории, которая сама же их и предсказала. Тем самым в связи предсказанием теорией относительности Эйнштейна неизбежности существования сингулярностей в физике возник кризис.
Как в общей теории относительности возникает сингулярность
Математические определения сингулярности в физической литературе встречаются достаточно часто. Но найти объяснение её физической сущности крайне сложно. Например, тело массой М мы можем потрогать, померить и придумать объяснения, почему оно не проваливается сквозь землю. С сингулярностью всё несколько сложнее. Независимо от жесткости вещества тела оно будет коллапсировать до тех пор, пока не будет сжато в сингулярность, то есть точку с нулевыми размерами.
Это довольно абстрактное описание. В нём не видно, откуда берётся такое физическое свойство «иметь нулевой объём». Эта особенность выглядит как постулятивно заложенная в теорию, поэтому его поведение очевидно и никакого другого результата ждать не приходится. Если в той же ньютоновой физике мы сблизим два тела до нуля, то получим такую же бесконечную силу притяжения. Только в ней мы не отвлекаемся от физических размеров тел и не допускаем их бесконечного сближения. В теории относительности, похоже, уравнения никак не учитывают внутреннее физическое, материальное строение вещества.
Во многих описаниях коллапса в сингулярность ссылаются на внутреннее давление среды. Утверждается, что давление газо-пылевой среды не может препятствовать гравитационному притяжению. Однако на пути к нулевой точке есть ещё и молекулярная (атомарная, кварковая) структура вещества. Почему силы сжатия этих структур, которые, очевидно, на много порядков сильнее гравитации, не останавливают движение к сингулярности? Еакова физическая причина, сущность сингулярности?
Гипотеза о вырожденном фермионном газе
Общая теория относительности с полным правом может считаться царицей современной науки. И сингулярность, как известно, именно её порождение. Тем не менее, современные представления о сингулярности крайне неопределённые. Даже сам факт предсказания возникновения сингулярностей в общей теории относительности крайне смутно описывается в научной литературе.
Возникновение горизонта событий не очень-то связано с последующим «схлопыванием» вещества звезды при коллапсе в точку с нулевыми размерами и бесконечно большой плотностью, которое выглядит скорее как простая логическая (?) экстраполяция движения. Во всяком случае, все популярные учебники физики подробно описывают падение в черную дыру, но, если и упоминают, то крайне скудно причины неудержимого движения вещества в точку сингулярности. Но это довольно очевидный вопрос.
Например, при рассмотрении законов Ньютона такая экстраполяция пресекается «на корню». Действительно, два тела притягиваются друг к другу с силой, обратно пропорциональной квадрату расстояния между центрами тел. Казалось бы, что мешает заявить: при нулевом расстоянии тела притягиваются с бесконечно большой силой! Чем тебе не сингулярность по Ньютону? Однако, любой физик сразу же возразит: до нуля дело не дойдёт, поскольку тела задолго до этого упрутся друг в друга своими поверхностями.
Вообще-то, это должно быть хорошей идеей, правильно и вовремя учесть сменившийся характер взаимодействия. Почему бы тогда при уходе поверхности коллапсирующей звезды под горизонт ей не остановится где-то посередине пути из-за того, что элементарные частицы «упрутся» друг в друга? Твердые ньютоновы тела состоят из тех же самых элементарных протонов и нейтронов, что и нейтронная звезда. Конечно, для обычных маломассивных тел сила притяжения недостаточна, чтобы преодолеть силы отталкивания молекул и атомов друг от друга. Но откуда взялась эта идея, что при чрезмерно большой силе сдавливания нейтроны сожмутся до размеров, меньше кварков и ещё намного сильнее?
Но может ли гравитация сжать нейтроны в ядро меньшего диаметра, чем это делают ядерные силы сильного взаимодействия, которые по силе превосходят гравитацию в 10^38 раз (единица с 38-ю нулями)? Возникает крамольный вопрос: а, может быть, сингулярности-то и нет? Может быть, при уходе нейтронной звезды под горизонт, она под действием ядерных сил просто образует новый, специфический элемент периодической системы Менделеева? С громадным атомным (порядковым) номером.
Литературный обзор описаний процесса возникновения сингулярности показал, что в русскоязычной литературе по космологии почти все ссылки прямо или косвенно указывают на один и тот же источник. Это учебное пособие для вузов в 10 томах Л.Д.Ландау и Е.М.Лифшица. И всегда главной, если не единственной причиной возникновения сингулярности в момент коллапса указывается переход нейтронов, образующих нейтронную звезду, в состояние вырожденного фермионного газа.
Вырожденный фермионный газ – это такой газ, на свойства которого оказывают существенное влияние квантово-механические эффекты. Вырожденный фермионный газ – ферми-газ – образуется фермионами, к которым относятся и нейтроны. При некоторых условиях в него и вырождается, то есть, превращается указанный выше нейтронный газ звезды. Очевидно, что нейтроны при сильном сжатии, перейдя в состоянии нейтронной звезды, находятся на столь близком расстоянии, что такое приближение становится очевидным. Считается, что для всякого вещества существует предельное давление, которое оно может оказать при сжатии.
Такое состояние вырожденности газа возникает, в частности, когда плотность достаточно велика, так что соседние частицы начинают «чувствовать» друг друга. На это обстоятельство следует обратить особое внимание. Утверждается, что плотность фактически зависит только от объема газа, поскольку принято, что количество (масса) его неизменна. А из этого прямо следует, что фактическим «источником», инициатором давления является именно объём газа, но никак не физическая структура его «молекул». Другими словами в данной формулировке априорно постулируется либо бесконечно малый объём «ядра» молекулы (нейтрона), в котором, собственно, и сосредоточена вся его масса. Либо постулируется бесконечно малая средняя плотность объёма нейтрона.
Если принять, что нейтрон имеет шарообразную форму, то каждый элементарный объём этого шара имеет нулевую (бесконечно малую) плотность. Всё это прямо следует из утверждения, что давление зависит только от плотности газа. Но этот постулат автоматически допускает сжатие до бесконечности, то есть уже на этом этапе заложены, постулированы основы возникновения сингулярности. Другими словами, сделано утверждение: сингулярность неизбежна, теперь осталось только описать это с помощью уравнений. Как говорится, ответ известен, осталось только подогнать под него решение.
По этой же причине все расчеты, естественно, приводят к результатам, в которых на этапе коллапса сила тяготения существенно превышает силы давления. А раз так, то в этом случае вполне допустимо пренебречь давлением, считать, что частицы на поверхности звезды свободно падают в ее поле тяготения. Никакая упругость вещества не сможет предотвратить гравитационный коллапс.
Поведение вырожденного ферми газа при образовании нейтронных звезд и начале гравитационного коллапса имеет достаточно качественное формальное описание. Хотя зачастую и отмечается, что в этом вопросе не всё выяснено до конца.
При гравитационном коллапсе звезда может образовать белый карлик. При ещё большей массе звезды давление её вышележащих слоев будет так велико, что электроны «вдавливаются» в протоны, образуя нейтроны. При этом и образуется нейтронный вырожденный ферми-газ, давление которого в определённой степени препятствует сжатию вещества звезды.
Как видим, неизбежность возникновения сингулярности опирается на достаточно условный фундамент. Одних только утверждений и выкладок о свойствах вырожденных ферми-газов, всё-таки недостаточно.
Рассмотрим ещё один довод, свидетельствующий, как считается, в пользу сингулярности. При достижении гравитационного предела, звезда становится «невидимой». Следовательно, поверхность звезды однозначно должна быть под горизонтом. Если перед началом коллапса звезда имела существенно больший размер, чем занимает шар с гравитационным радиусом, то сжатие вещества звезды неизбежно.
Однако, если радиус звезды до начала коллапса меньше гравитационного, то нет никаких веских оснований утверждать, что звезда вдруг уменьшила свой радиус. Вполне разумно считать, что в этом случае в момент коллапса радиус звезды и её гравитационный радиус тождественно равны.
Процессы, происходящие сразу после коллапса
Очевидно, что у сверхмассивной черной дыры разницу между сингулярностью и «атомным ядром» по внешним проявлениям «распознать» невозможно в принципе. Что сингулярность, что плотно сжатое нейтронное атомное ядро – всё это скрыто за горизонтом и что там находится на самом деле, не видно.
Но для черных дыр начального, минимального размера разница может оказаться заметной. Как известно, согласно пределу Оппенгеймера-Волкова такой предельный размер черной дыры существует. Это такая максимальная масса нейтронной звезды, при которой давление вырожденного нейтронного газа ещё может компенсировать силы гравитации, не давая звезде коллапсировать в чёрную дыру. Соответственно, для черной дыры такая масса, наоборот, является минимальной.
По современным данным нижний предел массы черной дыры лежит в пределах 2,5—3 солнечных масс, а из известных черных дыр самая маломассивная имеет массу около 3,8 солнечной массы.
Если рассмотреть такую черную дыру с предельно малой массой в 2,5 солнечных, можно обнаружить интересные обстоятельства. Оказывается, что нейтроны с такой общей массой способны «поместиться» в пределах горизонта черной дыры. Поскольку это возможно, у сингулярности исчезают всякие основания. Оказалось, что общий объём нейтронов меньше объёма сферы с гравитационным радиусом, сингулярность не нужна.
Нейтронная звезда просто увеличила свой гравитационный радиус, радиус горизонта за пределы своей физической поверхности. Нет никакого смысла утверждать, что нейтронное вещество стало сжиматься к центру, «падать на сингулярность». Даже при дальнейшем неограниченном росте массы звезды нет веских оснований «давать» нейтронам такую способность уплотнения, сжатия до бесконечности. Горизонт прячет от внешнего наблюдателя тело звезды и представления o сингулярности с бесконечно малым, даже нулевым радиусом выглядит как мистический домысел.
Таким образом, можно утварждать, что представления о сингулярности чрезмерны, плохо обоснованы. Нейтроны при коллапсе нейтронной звезды в черную дыру лишь чуть плотнее «смыкают ряды». При этом не достигается даже плотность атомного ядра. Нужна ли в таком случае черной дыре сингулярность?
Для большей точности можно вычислить это соотношение для ядерной плотности. Как известно, сила гравитации на много порядков слабее сильного ядерного взаимодействия. Расчеты показывают, что нуклоны в ядре должны притягиваться с силой ядерного сильного взаимодействия порядка 10^21 кг (единица с 21 нулями), которая существенно больше силы гравитационное притяжение порядка 10^-14 кг (единица, делённая на десять в 14 степени). Разница громадная.
Но это «перепрыгивание», как утверждает гипотеза сингулярности, происходит чуть ли не одномоментно. Только что, до коллапса нейтроны на поверхности притягивались к центру звезды с относительно малой силой гравитации, и тут же, в одно мгновение притяжение возросло не просто в 10 в степени 38 раз, а многократно больше. Похоже на цирковой фокус, когда из пустой коробки вынимают кролика.
Разумеется, эти шары можно сжать до размеров горошины. Но изначально расстояние между их центрами при таком взаимодействии, очевидно, будет равно нулю. Куда и как приложить силу в одну тонну к этим шарам, чтобы разъединить их? Невозможно представить, чтобы такие эфемерные объекты могли притягиваться со столь непропорциональной силой.
Точно также нуклоны могут притягиваться с силой в 10 в степени 38 раз превосходящей силу гравитации. Для «газовой модели» расстояние между их центрами должно быть, как и в случае с шарами, близко к нулю. Но это явно противоречит экспериментам, поскольку атомные ядра разных веществ имеют разные и достаточно большие размеры.
Довольно условной, надуманной выглядит гипотеза о вырожденном фермионном газе, которая явно сводится к модели, в которой каждый элемент газа – молекула или пылинка – имеют массу, сосредоточенную «массивном ядре» нулевого объёма, и окружены упругой сферой, которая, собственно, и создаёт давление при сжатии.
Сингулярность, возникающая на таком зыбком фундаменте, не может и не должна рассматриваться как физическая реальность. Так как же быть в таком случае с предсказаниями сингулярности общей теорией относительности?
Поступить можно просто. Во-первых, это предсказание – результат не очень хорошо обоснованной экстраполяции движения. Во-вторых, может быть, не следует требовать от геометрической теории – геометродинамики Эйнштейна, общей теории относительности, теории гравитации, которая рассматривает звёзды, галактики и даже их скопления как пыль, описания «химического» состава или свойств материала нейтронов и его поведения при сверхплотном сжатии?
Если исходить из этих предположений, то можно прийти к выводу, что внутри черной дыры плотность вещества не является бесконечно большой, поскольку его объём не стремится к нулю. Напротив, давления плотно сжатого вещества, а это уже, очевидно, не вырожденный фермионный газ, вполне достаточно, чтобы удержать его от дальнейшего сжатия. То есть, можно использовать обычные физические законы для описания этого вещества.
С другой стороны, отвергается главная «страшилка» теории относительности – обрыв геодезических, мировых линий. Проблема предсказания будущего и причинности внутри черной дыры связана лишь с недоступностью этой области для внешнего наблюдателя.
Но в жизни мы по этому поводу не очень-то сокрушаемся. Если мы потеряли связи с нашими знакомыми, это не значит, что они уехали в Чернодырск (ироничное – от черной дыры – название города). Или горизонт Вселенной, принципиально недоступный для наблюдений?
Но тогда как поступить с сингулярностью Большого Взрыва? Ведь общепризнанно и с этим согласился даже Ватикан, что наша Реальность, Бытие возникли в результате взрыва сингулярности. В начале этой статьи я привёл трактовку этого события как рождение Вселенной из «Ничто, Нигде и Никогда». И хотя многие космологи и физики по-прежнему вслух говорят о сингулярности, но тайком, негласно, каждый раз, тем не менее, протаскивают в свои теории нечто, существовавшее до сингулярности: то ли инфлатоны, то ли скалярные поля, то ли квантовые флуктуации чего-то квантового.
Как выглядит рождение черной дыры на анимации
Для наглядности процесс коллапса нейтронной звезды в черную дыру с образованием горизонта событий, гравитационного радиуса показан в виде анимации в начале данной статьи и по адрусу в интернете, URL:
http://samlib.ru/p/putenihin_p_w/singular.shtml
Как видно на анимации, для образования горизонта черной дыры совершенно не нужна никакая сингулярность. Обычный, нормальный объём нейтронов, даже не сжатых до плотности атомного ядра, создаёт тот же самый эффект горизонта. Нужна ли здесь лишняя сущность?