Квантова сингулярність. Квантова теорія гравітації
Згідно з цією моделлю, наш світ з'явився близько тринадцяти мільярдів років тому внаслідок Великого вибуху якогось надщільного стану нашого Всесвіту – сингулярності. Що передувало цій події, як виникла сингулярність, звідки з'явилася її маса, було незрозуміло - теорії такого стану немає. Неясна була і подальша доля Всесвіту, що розширюється: чи стане його розширення тривати вічно, або воно зміниться стисненням аж до чергової сингулярності.
Теорія космогенезу, розроблена нещодавно російськими дослідниками та вперше доповідана у травні минулого року на міжнародній конференції у Фізичному інституті ім. П. М. Лебедєва Російської академії наук, показує, що сингулярність - природний продукт еволюції масивної зірки, що перетворилася на чорну дірку. Одна-єдина чорна діра здатна дати численне «нащадство» у наступних всесвітах. І цей процес йде безперервно, розгалужуючись, подібно до Дерева Миру зі скандинавських легенд. Багатолистий гіпервсесвіт нескінченний і в просторі, і в часі.
Дерево Миру
КОСМОЛОГІЧНА МОДЕЛЬ«Спочатку було Слово, і Слово було у Бога, і Слово було Бог». Коротко та чітко, але незрозуміло. На щастя, крім теології існує космологія - наука про Всесвіт. Космологічна картина світу носить, за визначенням, об'єктивний, нерелігійний характер і тому цікава будь-якій людині, яка цінує факти.
Аж до початку XX століття космологія залишалася умоглядною дисципліною: це була ще не фізика, що спирається на емпіричний досвід і незалежний експеримент, а натурфілософія, що базується на поглядах, у тому числі релігійних, самого вченого. Тільки з появою сучасної теорії гравітації, відомої як ОТО – загальна теорія відносності, космологія набула теоретичної бази. Численні відкриття як у астрономії, і у фізиці дали нашій героїні спостережні обгрунтування. Важливою підмогою для теорії та спостережень став чисельний експеримент. Зауважимо, що, всупереч деяким твердженням, між ОТО, з одного боку, та спостереженнями та експериментом – з іншого протиріччя немає. Адже на основі ВТО не тільки вирахували величину відхилення променя світла в полі тяжіння Сонця, що, прямо скажемо, не важливо для народного господарства, а й розраховують орбіти планет і космічних апаратів, а також технічні параметри прискорювачів, включаючи Великий адронний колайдер. Звичайно, це не означає, що ОТО – істина в останній інстанції. Однак пошуки нової теорії гравітації йдуть у напрямку узагальнення вже наявної, а не відмови від неї.
Визначення, яке ми дали космології – науці про Всесвіт, – досить широке. По справедливому зауваженню Артура Еддінгтона, вся наука – це космологія. Тому логічно пояснити на конкретних прикладах, які завдання та проблеми відносяться до космологічних.
Побудова моделі Всесвіту – це, безумовно, космологічне завдання. В даний час загальноприйнято, що Всесвіт однорідний і ізотропний у великих масштабах (більше 100 мегапарсек). Така модель називається Фрідманівська на ім'я її першовідкривача Олександра Фрідмана. У малих масштабах речовина Всесвіту схильне процесу гравітаційного скручування рахунок гравітаційної нестійкості - сила тяжіння, що діє між тілами, прагне зібрати їх разом. У кінцевому рахунку це призводить до виникнення структури Всесвіту - галактик, їх скупчень і т.д.
Всесвіт нестаціонарний: він розширюється, причому з прискоренням (інфляційно) через наявність у ній темної енергії - різновиду матерії, тиск якої негативний. Космологічну модель описують кілька параметрів. Це кількість темної матерії, баріонів, нейтрино та число їх сортів, значення постійної Хаббла та просторової кривизни, форма спектра початкових обурень щільності (сукупності обурень різних розмірів), амплітуда первинних гравітаційних хвиль, червоне зміщення та оптична товща вторинної іонізації водню, менш значущі параметри. Кожен з них заслуговує на окрему розмову, визначення кожного - ціле дослідження, і все це відноситься до завдань космології. Космологічний параметр - як число, а й фізичні процеси, управляючі світом, у якому живемо.
РАННЯ ВСЕСВІТ
Можливо, ще важливіша космологічна проблема - питання про походження Всесвіту, про те, що було на Початку.
Протягом століть вчені представляли Всесвіт вічний, нескінченний і статичний. Те, що це не так, виявили в 20-х роках XX століття: нестаціонарність рішень рівнянь гравітації була теоретично виявлена А. А. Фрідманом, а спостереження (з вірною інтерпретацією) виконані майже одночасно декількома астрономами. Методично важливо підкреслити, що сам простір нікуди не розширюється: йдеться про об'ємне розширення великомасштабного потоку матерії, що розтікається на всі боки. Говорячи про Початок Всесвіту, ми маємо на увазі питання про походження цього космологічного потоку, якому було дано початковий поштовх на розширення та надано певної симетрії.
Ідея вічного і нескінченного Всесвіту працями багатьох дослідників XX століття, часом усупереч їхнім особистим переконанням, здала свої позиції. Відкриття глобального розширення Всесвіту означало як те, що Всесвіт нестатична, а й те, що його вік скінчен. Після довгих суперечок про те, до чого він дорівнює, і багатьох важливих спостережних відкриттів утвердилося число: 13,7 мільярда років. Це дуже мало. Адже два мільярди років тому Землею вже щось повзало. До того ж радіус видимого Всесвіту дуже великий (кілька гігапарсек) для такого маленького віку. Очевидно, величезний розмір Всесвіту пов'язані з іншим - інфляційним - етапом розширення, який відбувався у минулому змінився стадією уповільненого розширення, керованого гравітацією випромінювання і темної матерії. Пізніше настає ще один етап прискореного розширення Всесвіту, яким управляє вже темна енергія. Рівняння ОТО показують, що при прискореному розширенні розмір космологічного потоку зростає дуже швидко і виявляється більшим за світловий горизонт.
Вік Всесвіту відомий із точністю 100 мільйонів років. Але, незважаючи на таку «невисоку» точність, ми (людство) можемо впевнено простежити процеси, що протікали дуже близько до «моменту народження Всесвіту» - близько 10^-35 секунд. Це можливо тому, що динаміка фізичних процесів, що відбуваються на космологічних відстанях, пов'язана лише з гравітацією і в цьому сенсі є абсолютно ясною. Маючи теорію (ОТО), ми можемо екстраполювати Космологічну стандартну модель у сучасному Всесвіті в минуле і «подивитися», як вона виглядала в молодості. А виглядала вона просто: ранній Всесвіт був строго детермінований і являв собою ламінарний потік матерії, що розширюється від надвеликих щільностей.
СИНГУЛЯРНІСТЬ
Тринадцять мільярдів років – це приблизно 10^17 секунд. А «природне» початок космологічного потоку за такої екстраполяції збігається з планківським часом - 10^-43 секунди. Разом 43 + 17 = 60 порядків. Говорити про те, що було раніше 10-43 секунди, безглуздо, оскільки в силу квантових ефектів планківський масштаб - це мінімальний інтервал, для якого поняття безперервності і протяжності застосовується. На цьому місці багато дослідників опускали руки. Мовляв, далі пройти не можна, оскільки ми не маємо теорії, ми не знаємо квантової гравітації тощо.
Однак насправді не можна сказати, що Всесвіт народився прямо з цим віком. Цілком можливо, що потік матерії «проскочив» надщільний стан за дуже короткий (планковський) час, тобто щось змусило його пройти той короткочасний етап. І тоді ніякого логічного глухого кута з планківським часом і постійною Планкою немає. Потрібно просто зрозуміти, що могло передувати початку космологічного розширення, з якої причини і що «протягло» гравітуючу матерію через стан надвеликої щільності.
Відповідь ці питання, з погляду, лежить у природі гравітації. Квантові ефекти тут відіграють другорядну роль, видозмінюючи і модифікуючи поняття надщільної матерії протягом короткого інтервалу часу. Звичайно, сьогодні ми не знаємо всіх властивостей ефективної матерії [ефективною ця «матерія» називається тому, що до неї включені також параметри, що описують можливі відхилення від гравітації від ОТО. Нагадаємо у зв'язку, що сучасна наука оперує роздільними фізичними поняттями матерії та простору-часу (гравітації). В екстремальних умовах поблизу сингулярності такий розподіл умовний - звідси і термін «ефективна матерія».] в екстремальних умовах. Але, враховуючи короткий період цього етапу, ми можемо описати весь динамічний процес, спираючись лише на відомі закони збереження енергії та імпульсу і вважаючи, що вони завжди виконуються в середньому метричному просторі-часі, незалежно від того, яка квантова «теорія всього» буде створено у майбутньому.
КОСМОГЕНЕЗА
В історії космології було кілька спроб обминути проблему сингулярності та замінити її, наприклад, концепцією народження Всесвіту як цілого. Згідно з гіпотезою народження з «нічого», світ виник з «точки», сингулярності, - надщільної області з дуже високою симетрією та всім іншим, що тільки можна вигадати (метастабільність, нестійкість, квантовий підбар'єрний перехід до фридманівської симетрії та ін.). У цьому вся підході проблема сингулярності не вирішувалася, а сингулярність постулювалася як вихідного надщільного вакуумоподобного стану (див. «Наука життя» №№ 11, 12,1996г.).
Робилися й інші спроби «відійти» від сингулярності, проте їхня ціна завжди була високою. Натомість доводилося постулювати малозрозумілі конструкції або надщільних (субпланківських) станів матерії, або «відскоків» фрідманівського потоку від високої щільності (зміна стиснення на розширення), або інші гіпотетичні рецепти поведінки високощільної матерії.
Сингулярність нікому не подобається. Фізична картина світу передбачає видозмінний, еволюціонуючий, але існуючий світ. Ми пропонуємо інакше поглянути на сингулярність і виходити з того, що сильно стислі стани, в які за певних умов потрапляє і проходить динамічна гравітаційно взаємодіюча система (у найпростішому випадку - зірка), об'єктивні і природні для гравітації. Сингулярні області як тимчасові мости або ланцюжки з'єднують протяжніші домени нашого світу. Якщо це так, треба зрозуміти, що змушує матерію потрапляти в особливі сингулярні стани і як вона з них виходить.
Як уже згадувалося, космологічне розширення починається з космологічної сингулярності - подумки звертаючи час назад, ми неминуче приходимо до моменту, коли щільність Всесвіту перетворюється на нескінченність. Це становище ми можемо вважати очевидним фактом, що спирається на КСМ та ВТО. Прийнявши його як даність, задамося простим питанням, що випливає звідси: як виникає сингулярність, як гравітуюча матерія потрапляє в надстислий стан? Відповідь напрочуд проста: до цього призводить процес гравітаційного стиску масивної системи (зірки або іншої компактної астрофізичної системи) наприкінці її еволюції. В результаті колапсу утворюється чорна дірка і, як наслідок, – її сингулярність. Тобто колапс закінчується сингулярністю, а космологія починається із сингулярності. Ми стверджуємо, що це ланцюжок єдиного безперервного процесу.
Питання про походження Всесвіту, після кількох проб, спроб його постановки та різних трактувань, набуло у XXI столітті міцної наукової основи у вигляді КСМ та її однозначної екстраполяції у минуле по рейках ОТО. Відштовхуючись у розгляді цієї проблеми від єдиного відомого нам Всесвіту, ми не повинні забувати про загальний фізичний принцип, пов'язаний з ім'ям Миколи Коперника. Колись вважали, що Земля - центр світобудови, потім його пов'язували із Сонцем, пізніше з'ясувалося, що наша Галактика не єдина, а лише одна серед багатьох (тільки видимих галактик майже трильйон). Логічно припустити, як і всесвітів дуже багато. Те, що ми нічого поки не знаємо про інших, пов'язано з великим розміром нашого Всесвіту - його масштаб явно перевищує горизонт видимості.
Розмір (масштаб) Всесвіту- це розмір причинно-пов'язаної області, розтягнутий під час її розширення. Розмір видимості - це відстань, яка «пройшла» світло за час існування Всесвіту, його можна отримати, перемноживши швидкість світла та вік Всесвіту. Те, що Всесвіт на великих масштабах ізотропний і однорідний, означає, що початкові умови у віддалених один від одного областях Всесвіту були подібними.
Ми згадували, що це великий масштаб пояснюється наявністю інфляційної стадії розширення. У доінфляційний період Великого вибуху потік, що розширюється, міг бути зовсім маленьким і зовсім не мати риси фридманівської моделі. А ось як зробити з малого потоку великий - це не проблема космогенезису, а технічне питання існування кінцевої проміжної стадії інфляції, здатної розширити потік подібно до того, як збільшується поверхня повітряної кульки. Головна проблема космогенезису над розмірі космологічного потоку, а його появі. Подібно до того, як існує добре відомий спосіб утворення потоків матерії, що стискаються (гравітаційний колапс), повинен бути досить загальний і простий фізичний механізм гравітаційної генерації («запалювання») потоків матерії, що розширюються.
ІНТЕГРУЮЧІ СИНГУЛЯРНОСТІ
Отже, як поринути «за» сингулярність? І що там за нею?
Структуру простору-часу зручно досліджувати, подумки запускаючи у нього вільні пробні частинки та спостерігаючи, як вони рухаються. Згідно з нашими розрахунками, геодезичні траєкторії [найкоротші відстані у просторі певної структури. У евклідовому просторі це прямі, у римановому - дуги кола тощо. пробних частинок вільно поширюються у часі через сингулярні області певного класу, які ми назвали інтегрованими сингулярностями. (У сингулярності розходиться щільність або тиск, але інтеграл за об'ємом від цих величин кінцевий: маса інтегрованої сингулярності прагне нуля, оскільки вона займає мізерний об'єм.) Пройшовши чорну дірку, геодезичні траєкторії опиняються в просторово-часовому домені (від франц. domaine - область , володіння) білої дірки, яка розширюється з усіма ознаками космологічного потоку. Ця просторово-часова геометрія єдина, і її логічно визначити як чорно-білу дірку. Космологічний домен білої діри розташований в абсолютному майбутньому по відношенню до батьківського домену чорної діри, тобто біла діра – природне продовження та породження чорної.
Ця нова концепція народилася зовсім недавно. Творці повідомили про її появу в травні 2011 року на науковій конференції, присвяченій пам'яті А. Д. Сахарова, що проходила у флагмані російської фізики - Фізичному інституті ім. П. Н. Лебедєва Російської академії наук (ФІАН).
Яким чином це можливо і чому раніше такий механізм космогенезису не розглядався? Почнемо з відповіді перше запитання.
Знайти чорну дірку нескладно, їх навколо безліч - у чорних дірах зосереджено кілька відсотків усієї маси зірок Всесвіту. Добре відомий механізм їх виникнення. Часто можна почути, що ми живемо на цвинтарі чорних дірок. Але чи можна це назвати цвинтарем (кінцем еволюції), чи за обріями подій чорних дірок починаються інші зони (домени) нашого складного світу, інші всесвіти?
Ми знаємо, що всередині чорної діри знаходиться особлива сингулярна область, в яку «звалюється» вся речовина, упіймана нею, і де гравітаційний потенціал спрямовується в нескінченність. Проте природа не терпить як порожнечі, а й нескінченностей чи розбіжності (хоча великих чисел ніхто не скасовував). Ми змогли «пройти» область сингулярності, вимагаючи, щоб гравітаційні (метричні) потенціали у ній, отже, і приливні сили залишалися кінцевими.
Розбіжність метричних потенціалів можна усунути, згладивши за допомогою ефективної матерії сингулярність, що послаблює її, але не повністю ліквідує. (Таку інтегровану сингулярність можна порівняти з поведінкою темної речовини при наближенні до центру галактики. Його щільність прагне нескінченності, але укладена всередині радіусу, що зменшується, маса прагне до нуля через те, що обсяг усередині цього радіуса зменшується швидше, ніж зростає щільність. Така аналогія не абсолютна: галактичний касп, область з щільністю, що розходиться, - це просторова структура, а сингулярність чорної діри виникає як подія в часі.) Тому, хоча щільність і тиск розходяться, приливні сили, що впливають на частинку, кінцеві, оскільки залежать від повної маси. Це і дозволяє пробним часткам вільно проходити сингулярність: вони поширюються в безперервному просторі-часі, і для опису їх руху інформація про розподіл густини або тиску не потрібна. А за допомогою пробних частинок можна описувати геометрію - будувати системи відліку та вимірювати просторові та часові інтервали між точками та подіями.
ЧОРНО-БІЛІ ДІРИ
Отже, пройти сингулярність можна. І отже, можна "побачити", що ж знаходиться за нею, за яким таким простором-часом продовжують поширюватися наші пробні частинки. А потрапляють вони до області білої дірки. Рівняння показують, що відбувається своєрідна осциляція: потік енергії з області чорної діри, що стискається області, триває в область, що розширюється, білої. Імпульс не сховаєш: колапс інвертується в антиколапс із збереженням повного імпульсу. І це вже інший всесвіт, оскільки біла дірка, заповнена матерією, має всі властивості космологічного потоку. Це означає, що і наш Всесвіт, можливо, породження якогось іншого світу.
Картина, що випливає з отриманих рішень рівнянь гравітації, складається така. Батьківська зірка колапсує в материнському всесвіті і формує чорну дірку. В результаті колапсу навколо зірки виникають руйнівні гравітаційні сили, які деформують і розривають вакуум, народжуючи в порожньому до того просторі матерію. Ця матерія із сингулярної області чорно-білої діри потрапляє в інший всесвіт, що розширюється під дією гравітаційного імпульсу, отриманого в ході колапсу батьківської зірки.
Сукупна маса частинок у такому новому всесвіті може бути як завгодно великою. Вона може значно перевищувати масу батьківської зірки. При цьому маса чорної діри, що утворюється (батьківської), виміряна спостерігачем, що знаходиться в зовнішньому просторі материнського всесвіту, кінцева і близька до маси зірки, що сколапсувала. Тут немає парадоксу, оскільки різниця мас компенсується гравітаційною енергією зв'язку, що має негативний знак. Можна сказати, що новий всесвіт знаходиться в абсолютному майбутньому по відношенню до материнського (старого) всесвіту. Інакше кажучи, туди потрапити можна, а назад не повернешся.
АСТРОГЕННА КОСМОЛОГІЯ, АБО БАГАТОЛИСНИЙ ВСЕСВІТ
Такий складний світ нагадує Древо Життя (генеалогічне дерево, якщо завгодно). Якщо в процесі еволюції у Всесвіті виникають чорні дірки, то через них частинки можуть потрапити в інші гілки (домени) світобудови - і так далі по гірляндах чорно-білих дір. Якщо ж чорні дірки з тих чи інших причин не утворюються (наприклад, не народжуються зірки), виникає глухий кут - генезис (творіння) нових всесвітів у цьому напрямку переривається. Але при сприятливому збігу обставин потік «життя» може відновитися і розцвісти навіть з однієї чорної діри - для цього необхідно створити умови для нових поколінь чорних дірок у наступних всесвітах.
Як можуть виникати «сприятливі обставини» і чого вони залежать? У нашій моделі це пов'язано з властивостями ефективної матерії, що народжується під дією екстремальної гравітації поблизу сингулярності чорно-білих дірок. По суті, йдеться про нелінійні фазові переходи в квантово-гравітаційній матеріальній системі, що мають характер флуктуації і, отже, схильні до випадкових (біфуркаційних) змін. Наслідуючи врозріз із крилатою фразою Ейнштейна, можна сказати, що «Бог кидає кістки», а далі ці кістки (початкові умови) можуть скластися в детерміновані домени нових всесвітів, а можуть і залишитися нерозвиненими «ембріонами» космогенезису. Тут, як і життя, діють свої закони природного відбору. Але це вже предмет подальших досліджень та майбутніх робіт.
ЯК УНИКНУТИ СИНГУЛЯРНОСТІ
Свого часу була запропонована концепція осцилюючого, або циклічного, Всесвіту, заснована на гіпотезі «відскоків». Згідно з нею, Всесвіт існує у вигляді нескінченного числа циклів. Її розширення змінюється стиском майже до сингулярності, після чого знову настає розширення, і ряд таких циклів йде в минуле і майбутнє. Не дуже зрозуміла концепція, оскільки, по-перше, немає спостережних свідчень, що одного разу розширення нашого світу зміниться стиском, а по-друге, незрозумілий фізичний механізм, що змушує Всесвіт здійснювати такі коливальні рухи.
Інший підхід до походження світу пов'язаний з гіпотезою Всесвіту, що самовідновлюється, запропонованого багато років живуть у США російським ученим А. Д. Лінде. Згідно з цією гіпотезою, світ можна представити як киплячий казан. Глобально Всесвіт – це гарячий бульйон із високою щільністю енергії. У ньому виникають бульбашки, які або схлопуються, або розширюються, причому, за певних початкових умов, тривалий час. Передбачається, що характеристики (будь-які, які тільки можна придумати, включаючи набір фундаментальних констант) бульбашок світів, що виникають, мають деякий спектр і широкий діапазон. Тут виникає багато питань: звідки взявся такий «бульйон», хто його заварив і що підтримує, наскільки часто реалізуються початкові умови, що призводять до появи всесвіту нашого типу та ін.
ЯК МОЖУТЬ УТВОРЮВАТИСЯ ІНТЕГРУЮЧІ СИНГУЛЯРНОСТІ
У міру наближення до сингулярності наростаючі приливні сили діють на вакуум фізичних полів, деформують та розривають його. Відбувається, як то кажуть, поляризація вакууму та народження частинок матерії з вакууму – його пробій.
Така реакція фізичного вакууму на зовнішнє інтенсивне вплив швидкозмінного гравітаційного поля добре відома. Це, по суті, ефект квантової гравітації – гравітаційні натяги трансформуються на матеріальні поля, відбувається перерозподіл фізичних ступенів свободи. Сьогодні подібні ефекти вміють рахувати у наближенні слабкого поля (так звана квазікласична межа). У нашому ж випадку йдеться про потужні нелінійні квантово-гравітаційні процеси, де необхідно брати до уваги зворотний гравітаційний вплив народженої ефективної матерії на еволюцію середньої метрики, що визначає властивості чотиривимірного простору-часу (коли квантові ефекти в гравітації стають сильними, і про неї можна говорити лише у середньому сенсі).
Цей напрямок вимагає, звичайно, подальших досліджень. Проте вже зараз можна припустити, що, згідно з принципом Ле Шательє, зворотний вплив призведе до такої перебудови метричного простору, що зростання припливних сил, що викликає необмежене народження ефективної матерії, припиниться і, отже, метричні потенціали перестануть розходитися і залишаться кінцевими та безперервними».
Доктор фізико-математичних наук Володимир Лукаш,
Кандидат фізико-математичних наук Олена Міхєєва,
Кандидат фізико-математичних наук Володимир Строков (Астрокосмічний центр ФІАН),
Всі вищерозглянуті висновки випливають з теорії, доки не враховуються квантові явища, що протікають у чорній дірі. Припустимо, що спостерігач знаходиться на поверхні зірки, яка зазнає гравітаційного колапсу. При наближенні до джерела сильного гравітаційного поля виникають приливні гравітаційні сили, які відчуває будь-яке тіло, що має кінцеві розміри. Це відбувається через те, що сильні поля тяжіння завжди неоднорідні за складом і тому різні точки таких тіл діють неоднакові сили тяжіння.
У процесі падіння протиборчі сили тиску речовини зірки вже не чинять жодного опору наростаючій силі тяжіння, тому поверхня зірки досягне гравітаційного радіусу, перетне його і нестримно продовжуватиме стискатися далі.
Оскільки процес стиснення зупинитися неспроможна, то за короткий проміжок часу (по годинах лежить на поверхні зірки) зірка стиснеться у точку, а щільність речовини стане нескінченної, тобто. зірка досягає сингулярногостану.
При наближенні до сингулярного стану приливні гравітаційні сили також прагнуть нескінченності. Це означає, що будь-яке тіло буде розірвано приливними силами. Якщо тіло знаходиться під горизонтом, уникнути сингулярності неможливо.
Для чорної діри, наприклад, з масою десять мас Сонця час падіння в сингулярність становить лише одну стотисячну частку секунди. Будь-які спроби вирватися із чорної діри призведуть до зменшення проміжку часу входження у сингулярний стан. Чим менша маса та розмір чорної діри, тим більші приливні сили на її горизонті.
Наприклад, для чорної діри з масою тисячу мас Сонця приливні сили відповідають тиску 100 атм. На околиці сингулярного стану величезні приливні сили призводять до зміни фізичних властивостей.
Якщо переходити із зовнішнього простору через поверхню горизонту всередину чорної діри, то у формулах, що описують чотиривимірний простір-час, координата часу замінюється радіальною просторовою координатою, тобто. час перетворюється на радіальну просторову відстань, а ця відстань і є час.
Відстань від горизонту до центру чорної дірки, звичайно, значить, і проміжок часу, протягом якого можуть існувати тіла всередині чорної дірки, кінець. Наприклад, для чорної діри з масою в 10 мас Сонця він становить t» 10 – 4 с. Всередині чорної діри до сингулярності сходяться всі стріли часу, і будь-яке тіло буде зруйноване, а простір і час розпадаються на кванти.
Так, квант часу характеризується величиною t pl »10 – 44 с, а планківська довжина кванта pl »10 – 33 см.
Отже, безперервний потік часу в сингулярності складається з квантів часу, подібно до того, як потік води в струмені при її проходженні через сито розбивається на дрібні крапельки. У зв'язку з цим немає сенсу запитувати, що буде потім.
Поняття "раніше" і "пізніше" повністю втрачають сенс: квант часу розділити на ще менші частини принципово неможливо, як не можна, наприклад, розділити на частини фотон.
При переході до квантових процесів все більшою мірою проявляється зв'язок енергії та часу.
Однак надалі при описі процесів не обійтися без поняття фізичного вакууму та його квантових властивостей.
Відповідно до сучасних уявлень вакуум не є порожнечею, а є "море" всіляких віртуальних частинок і античастинок, які не виявляються як реальні частинки.
Цей вакуум "кипить", безперервно породжуючи на короткий час пари віртуальних частинок та античастинок, що миттєво зникають. На реальні частинки та античастинки вони перетворитися не можуть.
Відповідно до співвідношення невизначеностей Гейзенберга, добуток часу життя Dt віртуальної пари частинок на їхню енергію DW порядку постійної Планка h.
Якщо ж на фізичний вакуум накласти якесь сильне поле (наприклад, електричне, магнітне і т.д.), то під впливом його енергії деякі віртуальні частки можуть бути реальними, тобто. у сильному полі відбувається народження реальних частинок із фізичного вакууму за рахунок енергії цього поля.
Наприклад, у сильному електричному полі з вакууму народжуються електрони та позитрони. При вивченні властивостей фізичного вакууму біля чорної діри, що обертається, теоретично доведено, що має відбуватися народження квантів випромінювання за рахунок енергії вихрового поля тяжіння.
Так як віртуальні частинки та античастинки народжуються у вакуумі на деякій відстані один від одного, то у разі наявності вихрового поля тяжіння чорної діри частка може народитися поза горизонтом, а її античастинка під горизонтом. Це означає, що частка може полетіти в космічний простір, античастка ж впаде в чорну дірку.
Отже, вони вже ніколи не можуть знову з'єднатися та анігілювати. Тому в просторі виникне потік частинок, випромінюваний чорною діркою, який забирає з собою частину її енергії. Це призведе до зменшення маси та розмірів чорної діри. Такий процес випромінювання подібний до того, коли поверхня тіла нагріта до певної температури.
Так, для чорної діри в 10 мас Сонця температура становить »10 - 8 К. Чим, більша маса чорної діри, тим менша її температура, і, навпаки, чим менша маса, тим вища температура. Так, чорна діра з масою m »10 12 кг та розміром в атомне ядро матиме потужність квантового випаровування »10 10 Вт протягом »10 10 років при температурі T»10 11 К. Коли маса чорної діри зменшиться до m»10 6 кг , А температура досягне Т»10 15 К, процес випромінювання призведе до вибуху і за 0,1 с виділиться кількість енергії, порівнянної з вибухом 106 мегатонних водневих бомб.
У філософії слово "сингулярність", що походить від латинського "singulus" - "одиноковий, одиничний", означає одиничність, неповторність чогось - істоти, події, явища. Найбільше над цим поняттям розмірковували сучасні французькі філософи – зокрема Жіль Делез. Він трактував сингулярність як подія, що породжує сенс і має точковий характер. «Це поворотні пункти та точки згинів; вузькі місця, вузли, присінки та центри; точки плавлення, конденсації та кипіння; точки сліз та сміху, хвороби та здоров'я, надії та засмучення, точки чутливості». Але при цьому залишаючись конкретною точкою, подія неминуче пов'язана з іншими подіями. Тому точка одночасно є і лінією, що виражає всі варіанти модифікації цієї точки та її взаємозв'язків із усім світом.
Коли людина створить машину, яка буде розумнішою за людину, історія стане непередбачуваною, тому що неможливо передбачити поведінку інтелекту, що перевершує людський.
У інших науках термін «сингулярність» став позначати поодинокі, особливі явища, котрим перестають діяти звичні закони. Наприклад, в математиці сингулярність - це точка, в якій функція поводиться нерегулярно - наприклад, прагне нескінченності або не визначається взагалі. Гравітаційна сингулярність - це область, де просторово-часовий континуум настільки викривлений, що перетворюється на нескінченність. Прийнято вважати, що гравітаційні сингулярності виникають у місцях, прихованих від спостерігачів - згідно з «принципом космічної цензури», запропонованим 1969 року англійським ученим Роджером Пенроузом. Він формулюється так: «Природа живить огиду до голої (тобто видимої зовнішньому спостерігачеві) сингулярності». У чорних дірах сингулярність прихована за так званим горизонтом подій - уявною межею чорної діри, межі якої нічого не виривається, навіть світло.
Але вчені продовжують вірити в існування десь у космосі голих сингулярностей. А найяскравіший приклад сингулярності - стан з нескінченно великою густиною матерії, що виникає в момент Великого вибуху. Цей момент, коли весь Всесвіт був стиснутий в одній точці, залишається для фізиків загадкою - тому, що він передбачає поєднання взаємовиключних умов, наприклад, нескінченної щільності та нескінченної температури.
У сфері IT чекають на прихід іншої сингулярності - технологічної. Вчені та письменники-фантасти позначають цим терміном той переломний момент, після якого технічний прогрес прискориться і ускладниться настільки, що виявиться недоступним для нашого розуміння. Вихідно цей термін запропонував американський математик та письменник-фантаст Вернор Віндж у 1993 році. Він висловив таку ідею: коли людина створить машину, яка буде розумнішою за людину, історія стане непередбачуваною, тому що неможливо передбачити поведінку інтелекту, що перевершує людський. Віндж припустив, що це відбудеться в першій третині XXI століття, десь між 2005 та 2030 роками.
У 2000 році американський фахівець з розвитку штучного інтелекту Єлієзер Юдковський також висловив гіпотезу про те, що, можливо, в майбутньому з'явиться програма штучного інтелекту, здатна вдосконалювати саму себе зі швидкістю, яка багато разів перевершує людські можливості. Близькість цієї ери, на думку вченого, можна визначити за двома ознаками: зростаюче техногенне безробіття та екстремально швидке поширення ідей.
«Ймовірно, це виявиться найстрімкішою технічною революцією з усіх раніше відомих, - писав Юдковські. - Впаде, найімовірніше, як сніг на голову - навіть залученим до процесу вченим… І що ж тоді станеться через місяць чи два (або через день-другий) після цього? Є лише одна аналогія, яку я можу провести – виникнення людства. Ми опинимося у постлюдській ері. І незважаючи на весь свій технічний оптимізм, мені було б набагато комфортніше, якби мене від цих надприродних подій відокремлювали тисяча років, а не двадцять».
Темою технологічної сингулярності надихалися письменники жанру «кіберпанк» – наприклад, вона зустрічається у романі Вільяма Гібсона «Нейромант». Вона показана і в популярному романі сучасного фантаста Дена Сіммонса «Гіперіон» – там описується світ, крім людей, населений Іскінами – тобто носіями штучного інтелекту, які вступають у конфлікт із людством.
Як говорити
Неправильно «Це був сингулярний випадок, коли механізм вийшов із-під контролю». Правильно – «поодинокий».
Правильно «Я впевнений, рано чи пізно Всесвіт знову схлопнеться в сингулярність».
Правильно «Мені подобається цей роман – найкращий опис технологічної сингулярності з усіх, що я читав».
Опис процесу народження та перебігу еволюції ВсесвітуТипу, це хтось бачив...
Після такої інтенсивної попередньої підготовки можна вже викласти послідовно весь процес. Хоча фрагментарно він частково представлений текстом, розташованим вище. А тепер, для тих, хто зацікавився, послідовно, про все по порядку. У "розбиранні" нам допоможе наступний малюнок:
Усі сфери, показані малюнку, показують Всесвіт різних етапах його розвитку. Центральна частина малюнка, для наочності, представлена в неймовірно більшому масштабі, ніж периферійна. Фактично вони відрізняються за розміром приблизно на 50 порядків (!)
Епізодичні прояви квантових властивостей помилкового вакууму різних масштабів неймовірно довго відбувалися (а чому б і ні?) у різних точках всього велетенського обсягу світу (який тепер можна назвати Мегавсесвітом). У тому числі, і в центральній області майбутнього нашого Всесвіту, умовно зображеного на малюнку чорною кулею найменшого розміру. Але накопичуваної тут, практично в одній точці (і по чистому збігу подій) при цьому енергії не вистачало для якихось серйозних наслідків.
Саме це і є відповіддю (і автор роботи впевнений – відповіддю правильною) на запитання, на яке, здавалося б, взагалі неможливо відповісти: що було до Великого вибуху. Розмовам про "безглуздість" самої постановки такого питання, про "неможливість ніякого до" пора вже вирушити на звалище історії науки.
Наслідків упевнено не виникало, поки кількість енергії (і безтілесних, що не мають маси спокою, елементарних частинок) не досягала межі, умовно позначеної на малюнку обсягом білої центральної сфери з радіусом r e .
Не слід забувати, що в нерозривному зв'язку з елементами матерії (елементарними частинками та енергіями) у аналізованому обсязі виникали і були присутні і всі властиві природі сили (взаємодії): гравітаційне, електромагнітне, слабке та сильне ядерне. Деякі автори трактують їх як єдину тоді силу.
У тих рідкісних випадках, коли енергії було трохи більше (але лише на вкрай нетривалий час) система приходила в нестійкий енергетичний стан. А коли одного разувона досягла таки критичного значення, умовно показаного внутрішньою сферою з радіусом r про(темно-жовтогарячого кольору), стан цього енергетичного згустку миттєво став сингулярним. І він відразу ж, як заведено говорити, вибухнув. Це і стало "нульовою" точкою відліку, тільки з якої і займаються космологією практично всі дослідники.
Насправді, як показано вище, чимало відбувалося і раніше, аж до природничо-історичної нескінченності. Розмовам про відсутність часу "в ту епоху" теж настав час вирушати на звалище. Воно не існувало тільки в нашій системі, яка тоді навіть не народилася, відліку.
Тут ще варто розібратися, чи не знаходиться воно (час) у Метагалактиці саме по собі, скрізь і безпосередньо. Не лише як дещо формальна 4-а координата простору. Далі від будь-яких мас - у "чистому" вигляді, крізь який і проносяться світи (зокрема, наш Всесвіт). Яка якраз і привносить до нього (фактом свого існування та руху) місцеві спотворення. І чи не є воно ще одним проявом (а то й складовою) вакууму. |
Друге "насправді" відноситься до того, що при всіх жахливих кількостях енергії, сконцентрованої в сингулярному згустку, ніякого вибухупри його розширенні, по суті, та не було. Жодних ударних хвиль (ні акустичних, ні світлових), жодних виділень, жодних руйнувань чогось. Який це вибух? Відбулося легко миттєве розширення вихідного сингулярного вузлика енергії/ речовини до неймовірних розмірів.
Згадане щойно практично миттєве розширення є головним феноменом та родзинку всієїнової теорії. Воно є інфляційним(В термінології авторів ідеї), а по суті - показовим(антилогарифмічним), з дуже високим ступенем основи (2 = +100%).
За рахунок такого прогресивного "пожирання" відстаней, наш Всесвіт (а все, про що ми досі говорили, і було його, рідною, основою) у мікроскопічні частки секунди досягло тих самих світових масштабів (слово те - не випадкове!), яких ми звикли її сприймати. Точніше, тих, у яких вона була 13,75 млрд років тому (адже саме тоді вона і виникла).
Користуючись нагодою (причому, випадково - буквально!) матеріязнайшла можливість практично миттєвопоширитися на майже безмежні дали. (Але майже).
Вважається, що фізичною основою такої стрімкості, крім енергетичної перенасиченості, був повний відрив бозонівгравітації (часток, відповідальних за наявність цієї самої гравітації в матеріальному світі) від решти сингулярного вмісту, що стрімко розширюється, що ще більше прискорило темп поширення. (Гравітаційний вплив - найслабший, хоч і найдальший серед усіх природних сил).
Тільки ось питання: як і коли бозони гравітації змогли "потім" заповнити собою весь обсяг Всесвіту? За нинішніх реальних її розмірів їм довелося б переміщатися зі швидкостями, що у кілька разів перевищують швидкість світла.
Виходить, що всі наші колишніуявлення про те, що Всесвіт "стрімко, майже зі швидкістю світла" поширювався кілька хвилин, а потім природним чином (за рахунок гравітації) "став поступово сповільнюватися", докорінно помилкові та невірні . Якби все відбувалося за таким сценарієм, Всесвіт був би в кілька разів меншим, ніж він існує насправді.
Отже, весь Всесвіт у мізерні частки секунди досяг розміру, обмеженого на малюнку радіусом Ri.
У наступний період інфляція, на думку одних дослідників, припинилася, а на думку інших - увійшла до свого другого, менш стрімкого етапу.
Друга думка, на думку автора сайту, не має серйозних підстав. Немає фізичних причин для "повільнішого" протікання інфляційного розширення. Чи не відкриті якісь особливі фізичні процеси з новим "характерним часом подвоєння" чогось (а потрібно - саме кварків, тобто фрагментів елементарних частинок). Та й потреби (для пояснення того, що відбувається) у них немає. А навіть якби вони, то гіперінфляція все одно пройшла б так стрімко, що цього "нового етапу" ніхто б і не помітив.
А щойно з енергії гіперінфляційного процесу відбулося виділення елементарних частинок, що мають масуспокою, утворилися роздільні поняття простору та часу. І для всіх частинок стала неможливою навіть швидкість світла. А це автоматично означає кінець гіперінфляції Всесвіту.
Таку різку зміну стану можна тлумачити і тим, що сила тяжіння (бозони) наздогнала все, що раніше не надовго відпущене.
Оскільки скрізь у гіпотетичній вогненній кулі було однаково гаряче (а він сам був завбільшки майже з половину нинішнього Всесвіту), необхідно визнати, що "вибух" відбувався скрізь та одночасно , по всьому об'єму, без яскравого центру. Хіба що десь він був трохи сильнішим або трохи слабшим (через нерівномірність руху частинок).
Але ще цілих 3 хвилини(Вічність, в порівнянні з мікродолями на першій секунді) в розширюється далі практично зі швидкістю світла Всесвіту нічого істотного в ньому не відбувалося. Крім її розширення та пов'язаного з цим охолодження.
Коли температура гарячої суміші з частинок та взаємодій "упала" до 555 млрд.градусів (!) (це якраз і сталося приблизно до кінця третьої хвилини), в вогненній хмарі, що розширюється, з'явилися ядра атомів водню(протони) та окремі, чисто спонтанні атоми гелію.
Цей процес у практично незмінному вигляді продовжувався 380 тисячнинішніх земних років (!) І ця тимчасова віха помітна лише тим, що світло (фотони), нарешті, почало реально випереджати фронт поширення самого вибуху (якщо його можна називати цим словом) і стало видимим абстрактного стороннього спостерігача.
І тільки до кінця першого мільярда років з'явилися наступні новини - з водню, що накопичився у величезних кількостях, на той час - вже остигнув, почали формуватися перші газові зіркиі галактики.
Надалі нова модель Всесвіту майже нічим не відрізняється від колишньої, з "чистим" вибухом, що розповсюджується з однієї точки. В обох моделях Всесвіт розширювався і продовжує розширюватися . Інша річ, як і з якихось причин. (Див. цього розділу).
А ось остання новина зі світу космології, що безпосередньо відображає характер розширення Всесвіту. За допомогою американського космічного рентгенівського телескопа Чандраточно встановлено, що в перші 7 - 8мільярдів років Всесвіт розширювався, але швидкість цього розширення сповільнювалася. А останні 6 мільярдів років вона лише прискорено розширюється. Отже, знайшлися сили, сильніші за власні сили гравітації. (Про це буде говорити далі).
За час життя Всесвіту вже в космічних масштабах реальний його розмір (за даними на 2013 рік) став приблизно вп'ятеро більшим, ніж вихідний, саме в якому і відбувся старт гіперінфляції. (Дуже сумнівні, з погляду автора сайту, дані). Мабуть, вона в цей період перейшла в свою якісно іншу фазу, що дозволяє найгарячішим прихильникам теорії інфляції припускати, що нова інфляція (?) Всесвіту триває ще й у наш час (і буде продовжуватися чи не до нескінченності). Вона, мовляв, і "піддає жару" Великому вибуху, до повного вичерпання внутрішньої енергії хибного вакууму, що народив весь цей феєрверк.
Це вже схоже на нео-догматизм. Або сліпу віру. Попрацювали б хоча б відповідну модель розвитку Всесвіту!
Основний час Великого вибуху в новому розумінні цього терміну йде не на покриття великих відстаней, а на спільний розпад помилкового вакууму, що породив сингулярність, "горіння" продуктів, що утворилися при одночасному вибуху і їх поступове остигання.
На практиці - це звичайне охолодження реліктового тепла Всесвіту, тільки в такому незвичному трактуванні.
І в черговий раз уточнимо, що покриття величезних відстаней у нікчемні частки секунди при інфляції Всесвіту не суперечить постулатам Ейнштейна, тому що на етапі її розвитку ще не існує ніяких просторово-часових форм матерії (вони тільки починають виникати). Звичайно, немає і поняття швидкості.
Найбільший радіус Rна наведеному вище малюнку умовно показує поточнийрозмір Всесвіту. Там же ненасиченими відтінками коричневого кольору умовно показано простір (і розподілене в ньому речовина) з трьома його вимірами, а відтінками блакитного - час (знову-таки умовно).
P.S. Суперечливість багатьох проміжних висновків у цьому розділі пояснюється суперечливістю, а, головне, недостатністю вихідних даних. Проте це є чудовим приводом для самостійних роздумів.
На сьогоднішній момент питання про те, що таке сингулярність, хвилює не лише людей, які цікавляться наукою, а й найкращих учених світу. Цей термін нам зустрічається у математиці, фізиці, астрономії, космології та інших точних науках. Його трактування трохи варіюється, але принцип залишається незмінним. Тому зараз ми послідовно розглянемо, що таке сингулярність з різних точок зору, і з'ясуємо, чим так цікаво для дослідників це загадкове явище.
Загальне трактування терміну
Перед тим, як ми почнемо заглиблюватися в таємниці Всесвіту, звернемося до історії світобудови. Найправильнішою на сьогодні версією виникнення світу є теорія Великого вибуху. У момент зародження всього того, що нас оточує, була лише одна-єдина точка сингулярності. Її розміри точно невідомі, але розуміння вчені часто порівнюють її з горошиною. При цьому не варто думати, що цю міні-кульку можна було б утримати в руці. Його маса дорівнювала масі всіх зірок і галактик, які сьогодні є у космосі. Більше того, температура цієї горошини просто зашкалювала, а сила гравітації в ній була вищою, ніж у чорних дірок, що нині існують. Іншими словами, точка сингулярності - це одиниця простору-часу, в якій полягала вся матерія, що наповнює наш Всесвіт.
Як виник час?
Обов'язково варто підкреслити, що під терміном «матерія» мається на увазі не тільки космічний простір, що складається з мільярдів астрономічних одиниць, а й усі часові відрізки. Так, уявити це складно, але щоб зрозуміти, що таке сингулярність, потрібно уявити собі час як просторовий вимір, в якому можна переміщатися як вперед, так і назад. Все це нерозривно пов'язане з кривизною простору, про яку ми поговоримо нижче. Вченим також невідомо, протягом якого часу за земними мірками існувала ця горошина. Парадоксально те, що в такому стисненому стані в будь-якому вимірі нескінченність дорівнює нулю. Пізніше точка сингулярності почала зростати, температура в ній падала, частки відштовхувалися одна від одної. Так час відокремився від інших вимірів і перестав бути просторовою одиницею. Тому сьогодні воно може йти лише уперед.
Космологічні поняття
Як відомо, наука космологія займається вивченням еволюції Всесвіту. Тут розглядаються всі звані епохи, які відбулися після Великого вибуху. Саме відповідно до цієї теорії вчені висунули гіпотезу про те, що Всесвіт виник із сингулярності. У цьому період існування останньої встановити неможливо. Виходячи з цього, досі ретельно опрацьовуються дві найбільш правдоподібні версії. Перша полягає у тому, що наш світ статичний. Великий вибух стався у певний момент, коли всі частинки, які перебувають у стані нескінченного стиснення, різко відштовхнулися одна від одної. Крім того, сингулярність Всесвіту до моменту вибуху характеризувалася наявністю матерії та антиматерії. У наші дні вчені не виявили жодної античастинки. Друга версія будується на тому, що Великий вибух – це справжнє космосу. Встановлено, що галактики постійно віддаляються одна від одної, отже, процес розширення світу триває досі.
Сингулярність у космології
В еволюції космосу, як це не дивно, немає місця фізичним формулам і законам, що діють на Землі. Це явище наочно демонструє космологічна сингулярність. Звичайно ж, на практиці з'ясувати, в якому стані в момент зародження світу була матерія, неможливо, але теоретично вчені вирахували парадоксальні закономірності. Перше - кривизна простору-часу. Це означає, що прокласти рівну геодезичну лінію чи кут у сфері сингулярності неможливо. Друге – це, як ми вже казали, зовсім інший час. Тут можна потрапити до будь-якої точки на тимчасовому відрізку. Космологічна сингулярність, на думку вчених, - точка відліку, що називається Великим вибухом. У цей час щільність і температура речовини наближалися до нескінченних. Одночасно міра хаосу прагнула нуля, множивши він дві попередні одиниці. З погляду земної фізики температура і щільність що неспроможні одночасно перебувати у нескінченному стані. І це лише один із безлічі парадоксів, які вчені так і не можуть розгадати.
Стара та нова теорія
Багато років тому Альберт Ейнштейн подарував світові знамениту теорію відносності, яку нині називають теорією гравітації. Завдяки їй ми сьогодні описуємо всі явища у просторі та часі, які нас оточують. Відповідно до теорії фізичні об'єкти не можуть мати сингулярність. Тобто практично ніяка речовина чи матерія що неспроможні мати масу, щільність чи температуру, рівну нескінченності. А ось математика має славу як теоретична наука, тому в ній є місце функцій з нескінченними значеннями. Накладаючи одну область знань на іншу, ми отримуємо приблизні розрахунки того, що могло відбуватися під час Великого вибуху. Це, як говорилося, точки з нескінченними фізичними величинами. Таке явище отримало назву фізична чи космічна сингулярність. Але її закони непорівнянні з теорією відносності. Пояснити таке явище може нова теорія квантової гравітації. Це де вивчається поведінка світла, його властивості та значущість у Всесвіті. Самої теорії ще не існує, але є певні розрахунки та передумови, які можуть стати її основою.
Розгадуємо таємниці гравітації
В астрофізиці існує таке поняття, як швидкість втікання. Воно використовується для того, щоб визначити ступінь розгону, з яким певний об'єкт зможе чинити опір Наприклад, ракета з урахуванням її маси повинна рухатися зі швидкістю близько 12 км/с, щоб залишити атмосферу Землі. Але якби наша планета мала діаметр не 12 742 кілометри, а один сантиметр, то для подолання поля тяжіння треба було б рухатися зі швидкістю більшою, ніж У такому разі Землю оточувала б не звична нам сила тяжіння, а гравітаційна сингулярність. Звичайно ж, все, якщо наша планета прийме подібні розміри, вона перетвориться на чорну дірку. Але такий досвід дає можливість зрозуміти, яке значення гравітації у Всесвіті.
Від чого залежить сила тяжіння?
Чим ближче атоми розташовуються один до одного, тим щільніша речовина. Якщо молекули взаємодіють між собою, то відбувається процес нагрівання, отже, температура цієї речовини підвищується. У земних умовах такі процеси відбуваються у певних рамках, тому ми давно винайшли формули, що дозволяють розрахувати поведінку будь-якого хімічного елемента. Все тому, що сила земного тяжіння не дає частинкам зближуватися менше, ніж певну відстань, і віддалятися більш, ніж конкретну величину. У відкритому космосі, де спостерігаються пустки між галактиками, простір особливо розряджений, це називається вакуумом. Тут гравітації немає у принципі, тому мала кількість матерії перебуває у хаосі. Біля дуже щільних об'єктів (гігантські блакитні зірки, квазари, а також чорні дірки) сила тяжіння піднімається до нереальних нам, землян, величин. Частинки тут розташовані настільки близько одна до одної, що утворюється явище, яке називається "гравітаційна сингулярність". Це та сама основа, що впливає на спотворення простору та ступінь кривизни.
Гравітація та поведінка матерії
В область сингулярності матерія не засмоктується. Туди притягується лише космічний вітер та мікроскопічні частинки. Але людина чисто теоретично може добровільно вирушити в такі області. Вони розташовуються в квазарах і чорних дірах і, на жаль, для живих істот є смертоносними з погляду біології. Потрапляючи до області великої приливної сили, тіло почне розтягуватися як уздовж, і поперек. В результаті обриси людини огорнуть сферу і будуть обертатися в ній. Теоретично, якщо очі ще будуть бачити і передавати сигнал одночасно зможе бачити всі свої частини тіла, включаючи обличчя, яке буде обертатися перед ним, перевищуючи швидкість світла. Зрозуміло, що в такому вигляді людське тіло існувати не може, але це стосується земної фізики. Однак подібний приклад дає нам можливість уявити, що таке сингулярність із практичної точки зору. Було б цікаво припустити, що ми, як біологічний вид, зможемо прийняти ці нові фізичні закони і існувати в таких формах, утворюючи нові світи для себе.
Плин часу
Про те, що таке час, можна сперечатися вічно. Сьогодні його визначають як процес проходження фізіологічних, фізичних та психічних процесів для живих організмів та матерії нашого світу. Але властивості часу, його приховані можливості не вивчені. Ми сприймаємо його як щось суб'єктивне, і це ретельно можна відстежити, згадуючи свої роки. Коли ми проживали перший рік життя, цей відрізок для нас дорівнював 100 відсоткам. Він був єдиним, що у нас є, усім життям та досвідом. На другий свій день народження один рік уже став 50%, на третій - лише третю. До 80-річного віку один рік вже був лише 1/80 часткою життя і нічого практично не означав. Так було тому, що протягом першого року все, що ми бачили, було новим. Надалі нам траплялися вже дедалі більше звичні речі та явища. Тому й здавалося, що дитинство тягнеться неймовірно довго, а зрілі роки пролітають миттєво. Це наочний приклад того, як сприйняття однієї людини спотворює перебіг часу. А що ж буде, якщо глянути на цей термін з астрономічного погляду?
Час на початку часів
Це був невеликий відступ, який дозволив зрозуміти все те, що ми бачимо. Перебуваючи замкненими в рамках фізики і, більше того, свого власного сприйняття, нам складно уявити, що світ був і може бути зовсім іншим. Так ось, сингулярність часу мала таке саме місце в космології, як і сингулярність простору. Зараз для подолання відрізка 1 кілометр зі швидкістю 5 км/год потрібно 0,2 години. Щоб дістатися від Землі до Сатурна, необхідно витратити кілька років. Але як бути з часом, якщо вся відстань, яка є у світі, дорівнює 1 сантиметру? Помножуючи такі мізерні параметри на нескінченно велику щільність і масу, ми отримуємо кривизну простору-часу. Це означає, що в момент, коли Всесвіт був сингулярним, могло відбуватися все те, що ми бачимо зараз. Події, можливо, перемішувалися, неймовірно перекручувалися і зіставлялися. Простіше кажучи, будь-який матеріальний об'єкт міг зазирнути як у минуле Землі чи іншої планети, і у її майбутнє.
Технології та вступ у нову еру
Існує і так звана теорія сингулярності, за якою наша планета скоро перетвориться на великий біотехнічний інтелект. На думку дослідників, до середини 21 століття буде створено комп'ютер, можливості якого перевершать можливості мозку. Штучний розум, природно, візьме гору над менш розвиненими істотами. Така назва була придумана тому, що невідомо, чим такий прогресивний стрибок у галузі науки закінчиться і чи вдасться вижити людству.
Червоточини
Сингулярність чорної діри, з якої, власне, і складається цей космічний об'єкт, - одна з найбільших загадок світу. Сама кротова нора насправді виглядає не як яма з лійкою та вузьким тунелем, а як сфера, утворена гігантською силою гравітації. Про чорні діри ми вже говорили вище, визначаючи їх як смертоносні об'єкти у Всесвіті. Сила їхнього стиснення неймовірно велика, тому на горизонті подій викривляється простір і зупиняється час. Сингулярність чорної дірки можна порівняти з теорією Великого вибуху. Досконально не вивчено, але вважається, що сила стиску всередині червоточини така сама, як у момент зародження світу. Ось чому існує теорія про те, що чорні дірки - це еволюція нових Всесвітів, які існують паралельно з нашою.
Додаток, який пояснює частину теорії
Загалом теорію та нескінченної щільності дає зрозуміти гра «Сингулярність». Проходження місії пов'язане з переміщенням у просторі та часі, де ці два поняття єдині. Герой пересувається між 1950 роком та 2010-м, виправляючи помилки радянських учених та рятуючи сучасних каторжників, ув'язнених на острові, оточеному радіацією. Якщо поринути у цей світ, то поступово можна зрозуміти, що означає час у просторовому вимірі.
Підбиття підсумків
Вивчення всіх таємниць космосу, що стосуються гравітації, дає можливість зрозуміти, що теорія відносності гранично обмежує нас. Звичайно, це неймовірна знахідка для земних умов, але якщо йдеться про вивчення інших просторів, варто відкинути всі стереотипи. Таке поняття, як "сингулярність", перевертає сприйняття звуку, світлових імпульсів, кривизни простору та тривалості часу. Але зустрічається воно поки що лише в математичній теорії, а у фізичній практиці не знаходить собі пояснення. Найбільш детально нині досліджується сингулярність чорної дірки, але вважається, що ця область хоч і стиснута до нескінченності, це не сколапсована точка Всесвіту.
