Odkar so znanstveniki prvič odkrili obstoj črnih lukenj v našem vesolju, smo se vsi spraševali: kaj bi sploh lahko obstajalo onstran tančice te strašne praznine? Poleg tega so se znanstveniki, odkar je bila prvič predlagana teorija splošne relativnosti, prisiljeni spraševati, kaj bi lahko obstajalo pred rojstvom vesolja – torej pred Velikim pokom?
Zanimivo je, da sta bili ti dve vprašanji rešeni (na nek način) s teoretičnim obstojem nečesa, znanega kot gravitacijska singularnost – točke v prostor-času, kjer se zakoni fizike, kot jih poznamo, porušijo. In čeprav v zvezi s to teorijo ostajajo izzivi in nerešena vprašanja, mnogi znanstveniki verjamejo, da je bilo pod tančico obzorja dogodkov in na začetku Vesolja to, kar je obstajalo.
Opredelitev:
V znanstvenem smislu je gravitacijska singularnost (ali prostorsko-časovna singularnost) lokacija, kjer količine, ki se uporabljajo za merjenje gravitacijskega polja, postanejo neskončne na način, ki ni odvisen od koordinatnega sistema. Z drugimi besedami, to je točka, v kateri se vsi fizikalni zakoni med seboj ne ločijo, kjer prostor in čas nista več medsebojno povezani realnosti, ampak se nerazločno združita in nimata samostojnega pomena.
Vtis tega umetnika prikazuje hitro vrtečo se supermasivno črno luknjo, obdano z akrecijskim diskom. Zasluge: ESA/Hubble, ESO, M. Kornmesse
Izvor teorije:
Singularnosti so bile najprej predvidene kot posledica Einsteinove Teorija splošne relativnosti , kar je povzročilo teoretični obstoj črnih lukenj. V bistvu je teorija predvidevala, da vsaka zvezda preseže določeno točko svoje mase (alias. Schwarzschildov polmer ) bi izvajala tako močno gravitacijsko silo, da bi se zrušila.
Na tej točki nič ne bi moglo uiti njegovi površini, vključno s svetlobo. To je posledica dejstva, da bi gravitacijska sila presegla hitrost svetlobe v vakuumu – 299.792.458 metrov na sekundo (1.079.252.848,8 km/h; 670.616.629 mph).
Ta pojav je znan kot Chandrasekharjeva meja , poimenovan po indijskem astrofiziku Subrahmanyanu Chandrasekharju, ki ga je predlagal leta 1930. Trenutno velja, da je sprejeta vrednost te meje 1,39 solarnih mas (tj. 1,39-krat večja od mase našega Sonca), kar doseže neverjetnih 2,765 x 1030kg (ali 2.765 bilijonov bilijonov metričnih ton).
Drug vidik sodobne splošne relativnosti je, da je bila v času velikega poka (t.j. začetnega stanja vesolja) singularnost. Roger Penrose in Stephen Hawking sta razvila teorije, ki sta poskušala odgovoriti, kako lahko gravitacija povzroči singularnosti, ki so se sčasoma združile in postale znane kot Penrose-Hawkingovi izreki singularnosti.
Teorija velikega poka: Zgodovina vesolja, ki se začne od singularnosti in se od takrat širi. Zasluge: grandunificationtheory.com
Glede na Penroseov izrek singularnosti , ki ga je predlagal leta 1965, se bo znotraj črne luknje pojavila časovno podobna singularnost, ko bo snov dosegla določene energijske pogoje. Na tej točki postane ukrivljenost prostor-časa znotraj črne luknje neskončna in jo tako spremeni v ujeto površino, kjer čas preneha delovati.
The Hawkingov izrek singularnosti k temu dodal z navedbo, da se lahko pojavi prostorsko podobna singularnost, ko je snov na silo stisnjena do točke, zaradi česar se pravila, ki urejajo materijo, porušijo. Hawking je to izsledil v času do velikega poka, za katerega je trdil, da je točka neskončne gostote. Vendar je Hawking pozneje to popravil in trdil, da se splošna teorija relativnosti včasih pokvari pred Velikim pokom in zato ni mogoče napovedati nobene singularnosti.
Nekateri novejši predlogi tudi kažejo, da se Vesolje ni začelo kot singularnost. Sem spadajo teorije, kot so Zanka kvantne gravitacije , ki poskuša poenotiti zakone kvantne fizike z gravitacijo. Ta teorija navaja, da zaradi učinkov kvantne gravitacije obstaja minimalna razdalja, preko katere se gravitacija ne povečuje več, ali pa da medsebojno prodorni valovi delcev prikrijejo gravitacijske učinke, ki bi jih čutili na daljavo.
Vrste singularnosti:
Dve najpomembnejši vrsti prostorsko-časovnih singularnosti sta znani kot singularnosti ukrivljenosti in konične singularnosti. Singularnosti lahko razdelimo tudi glede na to, ali jih pokriva obzorje dogodkov ali ne. V primeru prvega imate Curvature in Conical; medtem ko v slednjem imate tako imenovane gole singularnosti.
Singularnost ukrivljenosti najbolje ponazarja črna luknja. V središču črne luknje prostor-čas postane enodimenzionalna točka, ki vsebuje ogromno maso. Posledično postane gravitacija neskončna, krivulje prostor-čas pa neskončno in zakoni fizike, kot jih poznamo, prenehajo delovati.
Konične singularnosti se pojavijo, ko obstaja točka, kjer je meja vsake splošne kovariančne količine končna. V tem primeru je prostor-čas videti kot stožec okoli te točke, kjer se singularnost nahaja na konici stožca. Primer takšne stožčaste singularnosti je kozmična struna, vrsta hipotetične enodimenzionalne točke, za katero se domneva, da je nastala v zgodnjem vesolju.
In kot rečeno, obstaja gola singularnost, vrsta singularnosti, ki ni skrita za obzorjem dogodkov. Prvič sta jih leta 1991 odkrila Shapiro in Teukolsky z uporabo računalniške simulacije vrteče se ravnine prahu, ki je pokazala, da bi splošna relativnost lahko dopuščala 'gole' singularnosti.
V tem primeru bi bilo vidno tisto, kar se dejansko dogaja znotraj črne luknje (tj. njena singularnost). Takšna singularnost bi teoretično obstajala pred Velikim pokom. Ključna beseda je teoretična, saj ostaja skrivnost, kako bi ti predmeti izgledali.
Zaenkrat ostajajo singularnosti in kaj dejansko leži pod tančico črne luknje skrivnost. Sčasoma upamo, da bodo astronomi lahko podrobneje preučili črne luknje. Upamo tudi, da bodo znanstveniki v prihodnjih desetletjih našli način za združitev načel kvantne mehanike z gravitacijo in da bo to dodatno osvetlilo delovanje te skrivnostne sile.
Na Universe Today imamo veliko zanimivih člankov o gravitacijskih singularnostih. Tukaj je 10 zanimivih dejstev o črnih luknjah , Kako bi izgledala črna luknja? , Je bil Veliki pok le črna luknja? , Zbogom Big Bang, Halo Black Hole? , Kdo je Stephen Hawking? , in Kaj je na drugi strani črne luknje?
Če želite več informacij o singularnosti, si oglejte te članke NASA in Physlink .
Astronomy Cast ima nekaj ustreznih epizod na to temo. tukaj Epizoda 6: Več dokazov za Veliki pok , in Epizoda 18: Črne luknje velike in majhne in Epizoda 21: Odgovori na vprašanja o črni luknji .
Viri:
