Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Гипотетикалық құбылыс
Hypothetical phenomenon
Жалпы салыстырмалылық теориясында, жалаңаш сингулярлық – оқиға көкжиегі жоқ гипотетикалық гравитациялық сингулярлық. Егер болашақта бақылаушыға шексіздікке немесе құлдырап жатқан бұлтпен бірге қозғалатын бақылаушыға дейін созылатын, ал өткенде гравитациялық сингулярлықта аяқталатын кем дегенде бір себептік геодезиялық болса, онда бұл сингулярлық жалаңаш сингулярлық деп аталады. Қара тесікте сингулярлық оқиға көкжиегі деп аталатын шекарамен толық қоршалған, оның ішінде сингулярлықтан туындаған кеңістік-уақыттың қисылуы соншалықты күшті, тіпті жарық та одан қашып шыға алмайды. Сондықтан, оқиға көкжиегінің ішіндегі нысандарды, оның ішінде сингулярлықты тікелей байқау мүмкін емес. Ал жалаңаш сингулярлықты байқауға болады. Жалаңаш сингулярлықтардың теориялық болуы маңызды, себебі олардың болуы объектінің шексіз тығыздыққа құлдырауын байқауға мүмкіндік береді. Бұл сондай-ақ жалпы салыстырмалылық теориясының негізгі мәселелерін тудырады, өйткені жалпы салыстырмалылық теориясы сингулярлыққа жақын кеңістік-уақыттың эволюциясын болжауға қабілетсіз. Көптеген қара тесіктерде бұл мәселе туындамайды, себебі сырттан бақылаушы оқиға көкжиегінің ішіндегі кеңістік-уақытты байқай алмайды. Қазірге дейін табиғатта жалаңаш сингулярлықтар байқалған жоқ. Қара тесіктердің астрономиялық бақылаулары олардың айналу жылдамдығы жалаңаш сингулярлықты (спин параметрі 1) құру шегінен төмен екенін көрсетеді. GRS 1915+105 спин параметрі 0.82 1.00 мәнімен бұл шекке ең жақын келеді. Космикалық цензура гипотезасына сәйкес, гравитациялық сингулярлықтарды байқауға болмайды. Егер циклдық кванттық гравитация дұрыс болса, онда табиғатта жалаңаш сингулярлықтар болуы мүмкін.
In general relativity, a naked singularity is a hypothetical gravitational singularity without an event horizon. When there exists at least one causal geodesic that, in the future, extends to an observer either at infinity or to an observer comoving with the collapsing cloud, and in the past terminates at the gravitational singularity, then that singularity is referred to as a naked singularity. In a black hole, the singularity is completely enclosed by a boundary known as the event horizon, inside which the curvature of spacetime caused by the singularity is so strong that light cannot escape. Hence, objects inside the event horizon—including the singularity itself—cannot be observed directly. In contrast, a naked singularity would be observable. The theoretical existence of naked singularities is important because their existence would mean that it would be possible to observe the collapse of an object to infinite density. It would also cause foundational problems for general relativity, because general relativity cannot make predictions about the evolution of spacetime near a singularity. In generic black holes, this is not a problem, as an outside viewer cannot observe the spacetime within the event horizon. Naked singularities have not been observed in nature. Astronomical observations of black holes indicate that their rate of rotation falls below the threshold to produce a naked singularity (spin parameter 1). GRS 1915+105 comes closest to the limit, with a spin parameter of 0.82 1.00. According to the cosmic censorship hypothesis, gravitational singularities may not be observable. If loop quantum gravity is correct, naked singularities may be possible in nature.
Болжалған құрылым
Үлкен жұлдыз өзінің өте зор гравитациясының салдарынан гравитациялық құлдырауға ұшырағанда, осы үздіксіз құлдыраудың соңғы нәтижесі қара тесік немесе ашық сингулярлық түрінде көрінеді. Бұл, жалпы салыстырмалылық теориясы шеңберінде, физикалық тұрғыдан мүмкін болатын әртүрлі сценарийлерде дұрыс. Оппенгеймер–Снайдер–Датт (OSD) моделі біртекті шаңнан (қысымсыз материя) тұратын шар тәрізді бұлттың құлдырауын көрсетеді. Бұл жағдайда, барлық материя бір уақытта кеңістік-уақыт сингулярлығына жиналады. Маңыздысы, оқиғалар көкжиегі сингулярлыққа дейін пайда болады, оны тиімді түрде жабады. Бастапқы тығыздық профиліндегі (біртекті емес тығыздықты ескере отырып) өзгерістерді қарастыра отырып, горизонттың мінез-құлқындағы маңызды өзгерістерді көрсетуге болады. Бұл жалпы шаңның құлдырауынан туындайтын екі ерекше мүмкін нәтижеге әкеледі: горизонт сингулярлықтан бұрын пайда болатын қара тесік және горизонт кешіктірілетін ашық сингулярлық. Ашық сингулярлық жағдайында, бұл кешігу нөлдік геодезиялықтарға немесе жарық сәулелеріне орталық сингулярлықтан қашуға мүмкіндік береді, онда тығыздық пен қисықтықтар шексіздікке жетеді және алысқа орналасқан бақылаушыларға жетеді. Құлдыраудың көбірек реалистік сценарийларын зерттеу үшін, бір жол модельге қысымды қосу болып табылады. Бұлттың тығыздығы мен қысымы арасындағы нақты қатынасты анықтайтын, нөлдік емес қысымдар мен әртүрлі модельдерді қамтитын гравитациялық құлдырау көптеген зерттеушілермен жылдар бойы жан-жақты зерттелді. Олардың барлығы бастапқы деректерге байланысты қара тесік немесе ашық сингулярлыққа әкеледі. Айналмалы қара тесіктерден алынған түсініктерге сүйене отырып, жылдам айналатын сингулярлық сақина тәрізді нысанға айналуы мүмкін екені көрсетілді. Бұл екі оқиғалар көкжиегінің, сондай-ақ сингулярлықтың айналу жылдамдығы артаған сайын жақындасатын эргосфераның пайда болуына әкеледі. Сыртқы және ішкі оқиғалар көкжиегі біріккенде, олар айналатын сингулярлыққа қарай қысқарады және ақырында оны бүкіл ғаламға ашады. Шаңның құлдырауы немесе жылдам айналатын жұлдыздың суперновасы арқылы жеткілікті түрде жылдам айналатын сингулярлық жасалуы мүмкін. Пулсарлар зерттелді және кейбір компьютерлік симуляциялар (Чоптуик, 1997) жүргізілді. Шоу сыйлығының лауреаты, математик Деметриос Христодулу, күткеннен өзгеше, қара тесікке жасырылмаған сингулярлықтардың да пайда болатынын көрсетті. Бірақ ол мұндай "ашық сингулярлықтардың" тұрақсыз екенін де көрсетті.
When a massive star undergoes a gravitational collapse due to its own immense gravity, the ultimate outcome of this persistent collapse can manifest as either a black hole or a naked singularity. This holds true across a diverse range of physically plausible scenarios within the framework of the general theory of relativity. The Oppenheimer–Snyder–Datt (OSD) model illustrates the collapse of a spherical cloud composed of homogeneous dust (pressureless matter). In this scenario, all the matter converges into the spacetime singularity simultaneously in terms of comoving time. Notably, the event horizon emerges before the singularity, effectively covering it. Considering variations in the initial density (considering inhomogeneous density) profile, one can demonstrate a significant alteration in the behavior of the horizon. This leads to two distinct potential outcomes arising from the collapse of generic dust: the formation of a black hole, characterized by the horizon preceding the singularity, and the emergence of a naked singularity, where the horizon is delayed. In the case of a naked singularity, this delay enables null geodesics or light rays to escape the central singularity, where density and curvatures diverge, reaching distant observers. In exploring more realistic scenarios of collapse, one avenue involves incorporating pressures into the model. The consideration of gravitational collapse with non zero pressures and various models including a realistic equation of state, delineating the specific relationship between the density and pressure within the cloud, has been thoroughly examined and investigated by numerous researchers over the years. They all result in either a black hole or a naked singularity depending on the initial data. From concepts drawn from rotating black holes, it is shown that a singularity, spinning rapidly, can become a ring shaped object. This results in two event horizons, as well as an ergosphere, which draw closer together as the spin of the singularity increases. When the outer and inner event horizons merge, they shrink toward the rotating singularity and eventually expose it to the rest of the universe. A singularity rotating fast enough might be created by the collapse of dust or by a supernova of a fast spinning star. Studies of pulsars and some computer simulations (Choptuik, 1997) have been performed. Mathematician Demetrios Christodoulou, a winner of the Shaw Prize, has shown that contrary to what had been expected, singularities which are not hidden in a black hole also occur. However, he then showed that such "naked singularities" are unstable.
Өлшемдер
Жоғалып бара жатқан оқиғалар көкжиегі Керр метрикасында кездеседі, ол вакуумдағы айналатын қара тесік. Нақтырақ айтқанда, егер бұрыштық импульс жеткілікті жоғары болса, оқиғалар көкжиегі жоғалуы мүмкін. Керр метрикасын Бойер–Линдквист координаттарына түрлендіру арқылы оқиғалар көкжиегінің координатасы (радиус емес) мынадай екенін көрсетуге болады:
Disappearing event horizons exist in the Kerr metric, which is a spinning black hole in a vacuum. Specifically, if the angular momentum is high enough, the event horizons could disappear. Transforming the Kerr metric to Boyer–Lindquist coordinates, it can be shown that the coordinate (which is not the radius) of the event horizon is
мұндағы , және . Бұл жағдайда "оқиғалар көкжиегі жоғалады" дегеніміз, шешімдер кешенді санға ие болғанда , немесе . Алайда, бұл жағдай спиннің оның физикалық мүмкін мәндерінің жоғарғы шегінен асып түсуімен байланысты (немесе Планк бірліктерінде, ). Жоғалып бара жатқан оқиғалар көкжиегі зарядталған қара тесіктің Рейсснер–Нордстрем геометриясында да байқалады. Бұл метрикада горизонттардың мынадай шарттарда пайда болатынын көрсетуге болады:
where , and In this case, "event horizons disappear" means when the solutions are complex for , or However, this corresponds to a case where exceeds (or in Planck units, ), i. e. the spin exceeds what is normally viewed as the upper limit of its physically possible values. Disappearing event horizons can also be seen with the Reissner–Nordström geometry of a charged black hole. In this metric, it can be shown that the horizons occur at
мұндағы , және . -ның және -ның салыстырмалы мәндерінің үш мүмкін жағдайының ішінде, -ның мәні екі шаманың да кешенді санға ие болуына себеп болады. Бұл метриканың барлық оң мәндері үшін тұрақты екенін, яғни сингулярлықтың оқиғалар көкжиегі жоқ екенін білдіреді. Алайда, бұл жағдай шамадан асып түсуге сәйкес келеді (немесе Планк бірліктерінде, ), яғни зарядтың физикалық мүмкін мәндерінің жоғарғы шегінен асып түсуіне себеп болады. Айналатын, зарядталған сақиналық сингулярлық туралы толық мәліметтерді Керр–Ньюман метрикасында қараңыз.
where , and Of the three possible cases for the relative values of and , the case where causes both to be complex. This means the metric is regular for all positive values of , or in other words, the singularity has no event horizon. However, this corresponds to a case where exceeds (or in Planck units, ), i. e. the charge exceeds what is normally viewed as the upper limit of its physically possible values. See Kerr–Newman metric for a spinning, charged ring singularity.
Әсерлер
Ашық сингулярлық ғалымдарға шексіз тығыз материалды бақылауға мүмкіндік беруі мүмкін, бұл әдеттегі жағдайларда ғарыштық цензура гипотезасы бойынша мүмкін емес. Ешқандай оқиғалар горизонты болмағандықтан, кейбір ғалымдар ашық сингулярлықтардың тіпті жарық шығара алатынын айтады.
A naked singularity could allow scientists to observe an infinitely dense material, which would under normal circumstances be impossible by the cosmic censorship hypothesis. Without an event horizon of any kind, some speculate that naked singularities could actually emit light.
Космикалық цензура гипотезасы
Космикалық цензура гипотезасы гравитациялық сингулярлықтың оқиғалар көкжиегінің артында жасырылғанын айтады. LIGO оқиғалары, соның ішінде GW150914, осы болжамдармен сәйкес келеді. Егер сингулярлық пайда болғанда деректерде аномалиялар тіркелген болса да, олардың мәнділігі әлі белгісіз. Кейбір зерттеулер циклдік кванттық гравитация дұрыс болса, табиғатта жалаңаш сингулярлықтар болуы мүмкін екенін көрсетеді, яғни ғаламдық цензура гипотезасы қолданылмайды. Сандық есептеулер және басқа да аргументтер де осы мүмкіндікке ишара етеді.
The cosmic censorship hypothesis says that a gravitational singularity would remain hidden by the event horizon. LIGO events, including GW150914, are consistent with these predictions. Although data anomalies would have resulted in the case of a singularity, the nature of those anomalies remains unknown. Some research has suggested that if loop quantum gravity is correct, then naked singularities could exist in nature, implying that the cosmic censorship hypothesis does not hold. Numerical calculations and some other arguments have also hinted at this possibility.
Көркем шығармаларда
М. Джон Харрисонның Kefahuchi Tract трилогиясы (Жарық, Нова Свинг және Бос кеңістік) ғылыми фантастикалық романдар, адамзаттың жалаңаш сингулярлықты зерттеуіне арналған. Джеймс С. Гласстың "Қараңғы қауіп" (Analog журналында 2005 жылғы наурыз айында жарияланған) – зерттеу миссиясындағы ғарыш саяхатшылары туралы әңгіме. Олар ерекше космологиялық құбылысты зерттеу кезінде екі кішкентай ғарыш кемесі дірілдей бастайды және олар аймақтан шыға алмайды. Экипаждың бір мүшесі олардың қара тесіктің немесе жалаңаш сингулярлықтың эргасферасында тұтқындалғанын түсінеді. Оқиға бірнеше қара тесіктер немесе сингулярлықтардың шоғырын және экипаждың осы көрінеутін қапастан аман қалуға тырысуын сипаттайды. Стивен Бакстердің Xeelee Sequence сериясында Xeelee тайпасы жалаңаш сингулярлық жасайтын алып сақина құрайды. Ол басқа ғаламға саяхаттау үшін қолданылады. 2004 жылғы қайта түсірілген "Батлестар Галактика" телесериалының финалындағы "Таң шарықтауы" атты эпизодта Сайлон колониясы жалаңаш сингулярлықтың орбитасында айналады. Питер Гамильтонның "Түнгі таң" трилогиясындағы Ұйықтас Құдай жалаңаш сингулярлық деп есептеледі. Кристофер Ноланның "Жұлдызды жол" фильмінде жалаңаш сингулярлықтың болмауы, оқиғалар көкжиегінен алынған тәжірибелік деректерге қол жеткізе алмау салдарынан, адамзаттың кванттық гравитация теориясын аяқтауына кедергі келтіреді. Steins;Gate визуалды романында жалаңаш сингулярлық бас кейіпкердің сандық естеліктерін кішірейтеді, содан кейін оларды импровизацияланған "уақыт секіру машинасымен" өткенге қайта жіберуге болады. Вонда МакИнтайрдың 1981 жылғы "Жұлдызды жол" романындағы "Энтропия әсері" жалаңаш сингулярлық уақыт саяхаты эксперименттерінің жанама салдары болып табылады және егер уақыт саяхаты эксперименттері тоқтатылмаса, ғаламды жою қаупі туындайды. "JoJo's Bizarre Adventure" манга сериясының сегізінші бөлігі "JoJolion" басты кейіпкерге кішкентай жалаңаш сингулярлықтар жасауға мүмкіндік береді. Бұл ресми түрде айтылмаса да, "Go Beyond" қабілеті шексіз кішкентай "жіптен" жылдам айналатын, көрінбейтін құйынды жасайды, бұл Космикалық цензура гипотезасымен және циклдық кванттық гравитациямен ұқсастықтар тудырады.
M. John Harrison's Kefahuchi Tract trilogy of science fiction novels (Light, Nova Swing and Empty Space) centre upon humanity's exploration of a naked singularity. "Dark Peril" by James C. Glass (published in Analog March 2005), is a story about space travelers on an exploratory mission. While they investigate a strange cosmological phenomenon, their two small space crafts begin to shake, and they are unable to leave the area. One crew member realizes that they are trapped in the ergosphere of a black hole or naked singularity. The story describes a cluster of multiple black holes or singularities, and what the crew does to try to survive this seemingly inescapable situation. Stephen Baxter's Xeelee Sequence features the Xeelee, who create a massive ring that produces a naked singularity. It is used to travel to another universe. In the episode titled "Daybreak", the finale of the 2004 reimagined television series Battlestar Galactica, the Cylon colony orbits a naked singularity. The Sleeping God in Peter Hamilton's The Night's Dawn Trilogy is believed to be a naked singularity. In Christopher Nolan's Interstellar the nonexistence of a naked singularity hinders humanity from completing a theory of quantum gravity due to the inaccessibility of experimental data from inside the event horizon. In the visual novel Steins;Gate, a naked singularity is used to compress the digitalized memories of the protagonist into a smaller size, to then be sent back in time with an improvised "time leap machine". In Vonda McIntyre's 1981 Star Trek novel, The Entropy Effect, a naked singularity is found to be a side effect of time travel experimentation, and threatens to destroy the universe if the time travel experiments are not stopped before they started. In the eighth part of the “JoJo's Bizarre Adventure” manga series, “JoJolion”, the main character is able to create small naked singularities. It is not officially stated as such, but the ability “Go Beyond” creates invisible, fast spinning vortexes out of an infinitely small ‘string’, drawing similarities to the Cosmic Censorship Hypothesis and Loop quantum gravity.