Otkako su znanstvenici prvi put otkrili postojanje crnih rupa u našem svemiru, svi smo se pitali: što bi uopće moglo postojati izvan vela te strašne praznine? Osim toga, otkako je teorija opće relativnosti prvi put predložena, znanstvenici su bili prisiljeni zapitati se što je moglo postojati prije rođenja svemira – tj. prije Velikog praska?
Zanimljivo je da su se ova dva pitanja riješila (na neki način) teorijskim postojanjem nečega poznatog kao gravitacijska singularnost – točke u prostor-vremenu u kojoj se zakoni fizike kakve poznajemo raspadaju. I dok u vezi s ovom teorijom ostaju izazovi i neriješena pitanja, mnogi znanstvenici vjeruju da je ispod vela horizonta događaja, i na početku Svemira, to postojalo.
Definicija:
U znanstvenom smislu, gravitacijska singularnost (ili prostorno-vremenska singularnost) je mjesto gdje veličine koje se koriste za mjerenje gravitacijskog polja postaju beskonačne na način koji ne ovisi o koordinatnom sustavu. Drugim riječima, to je točka u kojoj se svi fizikalni zakoni međusobno ne razlikuju, gdje prostor i vrijeme više nisu međusobno povezane stvarnosti, već se nerazlučivo spajaju i prestaju imati bilo kakvo neovisno značenje.
Dojam ovog umjetnika prikazuje supermasivnu crnu rupu koja se brzo vrti okruženu akrecijskim diskom. Zasluge: ESA/Hubble, ESO, M. Kornmesse
Porijeklo teorije:
Singularnosti su prvi put bile predikirane kao rezultat Einsteinova Opća teorija relativnosti , što je rezultiralo teorijskim postojanjem crnih rupa. U suštini, teorija je predvidjela da svaka zvijezda doseže preko određene točke svoje mase (tzv. Schwarzschildov radijus ) izvršio bi gravitacijsku silu toliko intenzivnu da bi se srušio.
U ovom trenutku ništa ne bi moglo pobjeći s njegove površine, uključujući svjetlost. To je zbog činjenice da bi gravitacijska sila premašila brzinu svjetlosti u vakuumu – 299,792,458 metara u sekundi (1,079,252,848.8 km/h; 670,616,629 mph).
Ovaj fenomen je poznat kao Chandrasekhar Limit , nazvan po indijskom astrofizičaru Subrahmanyanu Chandrasekharu, koji ga je predložio 1930. Trenutno se vjeruje da je prihvaćena vrijednost ove granice 1,39 solarnih masa (tj. 1,39 puta veća od mase našeg Sunca), što iznosi nevjerojatnih 2,765 x 1030kg (ili 2.765 trilijuna bilijuna metričkih tona).
Drugi aspekt moderne Opće relativnosti je da je u vrijeme Velikog praska (tj. početnog stanja svemira) bio singularitet. Roger Penrose i Stephen Hawking razvili su teorije koje su pokušale odgovoriti kako gravitacija može proizvesti singularnosti, koje su se na kraju spojile i postale poznate kao Penrose-Hawking teoreme singularnosti.
Teorija velikog praska: Povijest svemira počevši od singularnosti i od tada se širi. Zasluge: grandunificationtheory.com
Prema Penroseov teorem singularnosti , koju je predložio 1965. godine, singularnost nalik vremenu pojavit će se unutar crne rupe kad god materija dosegne određene energetske uvjete. U ovom trenutku, zakrivljenost prostor-vremena unutar crne rupe postaje beskonačna, pretvarajući je tako u zarobljenu površinu gdje vrijeme prestaje funkcionirati.
The Hawkingov teorem singularnosti dodano ovome izjavom da se singularnost nalik svemiru može dogoditi kada se materija silom komprimira do točke, uzrokujući raspad pravila koja upravljaju materijom. Hawking je ovo pratio u prošlost do Velikog praska, za koji je tvrdio da je točka beskonačne gustoće. Međutim, Hawking je to kasnije revidirao kako bi tvrdio da se opća teorija relativnosti ponekad kvari prije Velikog praska, pa se stoga ne može predvidjeti nikakva singularnost.
Neki noviji prijedlozi također sugeriraju da Svemir nije započeo kao singularitet. To uključuje teorije poput Kvantna gravitacija u petlji , koji pokušava ujediniti zakone kvantne fizike s gravitacijom. Ova teorija kaže da, zbog učinaka kvantne gravitacije, postoji minimalna udaljenost nakon koje se gravitacija više ne povećava, ili da valovi čestica koje prožimaju prikrivaju gravitacijske učinke koji bi se osjetili na udaljenosti.
Vrste singulariteta:
Dvije najvažnije vrste prostorno-vremenskih singulariteta poznate su kao singularnosti zakrivljenosti i konusne singularnosti. Singularnosti se također mogu podijeliti prema tome jesu li pokrivene horizontom događaja ili ne. U slučaju prvog, imate Curvature i Conical; dok u potonjem imate ono što je poznato kao gole singularnosti.
Singularnost zakrivljenosti je najbolji primjer crne rupe. U središtu crne rupe prostor-vrijeme postaje jednodimenzionalna točka koja sadrži ogromnu masu. Kao rezultat toga, gravitacija postaje beskonačna, a prostor-vrijeme krivulje beskonačno, a zakoni fizike kakve poznajemo prestaju funkcionirati.
Konusne singularnosti se javljaju kada postoji točka u kojoj je granica svake opće kovarijacijske veličine konačna. U ovom slučaju prostor-vrijeme izgleda kao stožac oko ove točke, gdje se singularitet nalazi na vrhu stošca. Primjer takve konične singularnosti je kozmički niz, vrsta hipotetičke jednodimenzionalne točke za koju se vjeruje da je nastala tijekom ranog svemira.
I, kao što je spomenuto, postoji Gola singularnost, vrsta singularnosti koja nije skrivena iza horizonta događaja. Prvi put su ih otkrili 1991. Shapiro i Teukolsky koristeći računalne simulacije rotirajuće ravnine prašine koja je pokazala da bi Opća relativnost mogla dopustiti 'gole' singularnosti.
U ovom slučaju, ono što se zapravo događa unutar crne rupe (tj. njezina singularnost) bilo bi vidljivo. Takva bi singularnost teoretski bila ono što je postojalo prije Velikog praska. Ključna riječ ovdje je teorijska, jer ostaje misterij kako bi ti objekti izgledali.
Za sada, singularnosti i ono što zapravo leži ispod vela crne rupe ostaje misterij. Kako vrijeme prolazi, nadamo se da će astronomi moći detaljnije proučavati crne rupe. Također se nadamo da će u nadolazećim desetljećima znanstvenici pronaći način da spoje principe kvantne mehanike s gravitacijom, te da će to dodatno rasvijetliti kako ova tajanstvena sila djeluje.
Imamo mnogo zanimljivih članaka o gravitacijskim singularitetima ovdje na Universe Today. Ovdje je 10 zanimljivih činjenica o crnim rupama , Kako bi izgledala crna rupa? , Je li Veliki prasak bio samo crna rupa? , Zbogom Big Bang, Halo Black Hole? , Tko je Stephen Hawking? , i Što je s druge strane crne rupe?
Ako želite više informacija o singularnosti, pogledajte ove članke NASA i Physlink .
Astronomy Cast ima neke relevantne epizode na tu temu. evo Epizoda 6: Više dokaza za Veliki prasak , i Epizoda 18: Crne rupe velike i male i Epizoda 21: Odgovori na pitanja o crnoj rupi .
Izvori:
