Голая сингулярность
Голая сингулярность (англ. Naked singularity) — гипотетическое понятие общей теории относительности, обозначающее гравитационную сингулярность без горизонта событий. В классической чёрной дыре в сингулярности сила гравитации настолько велика, что свет не может покинуть горизонт событий и, таким образом, объекты внутри горизонта событий, включая саму чёрную дыру, не могут наблюдаться непосредственно. Голая сингулярность, в случае её существования, наоборот, может наблюдаться извне.
Теоретическое доказательство существования голых сингулярностей имеет большое значение, поскольку оно означает, что в принципе возможно наблюдение сжатия объекта до бесконечной плотности. Это способствовало бы также разрешению основополагающих проблем общей теории относительности, поскольку общая теория относительности не может делать прогнозы о будущей эволюции пространства-времени вблизи сингулярности. В случае обычных чёрных дыр, это не является проблемой, так как внешний наблюдатель не может наблюдать пространство-время внутри горизонта событий.
Некоторые исследования показывают, что если верна теория петлевой квантовой гравитации, то голые сингулярности могут существовать в природе[1][2][3] при допущении, что принцип космической цензуры не выполняется. Численные расчеты[4] и некоторые другие аргументы[5] также указывают на такую возможность.
К настоящему времени голые сингулярности не обнаружены.
Содержание
Гипотеза возникновения
В концепции вращающихся чёрных дыр[en] показано, что быстро вращающаяся сингулярность может стать кольцеобразным объектом. Это приводит к появлению двух горизонтов событий, а также эргосферы, которые сближаются по мере того, как спин сингулярности возрастает. При слиянии внешнего и внутреннего горизонтов событий, они сжимаются к вращающейся сингулярности и в конце концов отгораживают остальную Вселенную.
Достаточно быстро вращающаяся сингулярность может возникнуть в результате коллапса пыли или сверхновой звезды.
Голая сингулярность является примером математической сложности (сжатие до бесконечной плотности), который демонстрирует более глубокую проблему в понимании этого физического процесса. Работоспособная теория квантовой гравитации должна найти приемлемое решение данной проблемы.
Метрики
Исчезновение горизонта событий существует в метрике Керра, которая описывает вращающуюся чёрную дыру в вакууме. В частности, если её момент импульса достаточно велик, горизонт событий исчезнет. Преобразовав метрику Керра в координаты Бойера-Линдквиста[en], можно показать[6], что координата <math>r</math> (которая не является радиусом) горизонта событий
<math>r_{\pm}= \mu \pm (\mu^{2}-a^{2})^{1/2}</math>,
где <math>\mu = G M / c^{2}</math>, и <math>a=J/M c</math>. В этом случае, «исчезновение горизонта событий» означает, что решения являются комплексными для <math>r_{\pm}</math>, или <math>\mu^{2} < a^{2}</math>.
Исчезновение горизонта событий также можно увидеть в метрике Райсснера-Нордстрема[en] для заряженной чёрной дыры. В этой метрике можно показать[7], что сингулярность возникает при
<math>r_{\pm}= \mu \pm (\mu^{2}-q^{2})^{1/2}</math>,
где <math>\mu = G M / c^{2}</math>, и <math>q = G Q^{2}/(4 \pi \epsilon_{0} c^{4})</math>. Из трёх возможных случаев для относительных значений <math>\mu</math> и <math>q</math>, в случае где <math>\mu^{2} < q^{2}</math>, оба значения <math>r_{\pm}</math> являются комплексными. Это означает, что метрика является регулярной для всех положительных значений <math>r</math>, или, другими словами, сингулярность не имеет горизонта событий.
Эффекты
Наличие голой сингулярности позволит учёным наблюдать сжатие объекта до бесконечной плотности, которое при нормальных обстоятельствах невозможно. По ряду оценок, отсутствие горизонта событий позволит голым сингулярностям излучать свет[8]. В то же время принцип космической цензуры, сформулированный в 1969 году Роджером Пенроузом, утверждает, что голая сингулярность не может возникнуть в нашей Вселенной при реальных начальных условиях.
В научной фантастике
- Научно-фантастическая трилогия Майкла Харрисона[en] (Свет[en], Новый размах[en] и Пустое пространство) посвящена исследованиям голой сингулярности.
- «Темная опасность» Джеймса Гласса (опубликовано в журнале Astounding Science Fiction, март 2005 г.) описывает ситуацию, когда экипаж космического корабля попадает в эргосферу чёрной дыры или сингулярности, и каким образом он выбирается из этой, казалось бы, безвыходной ситуации.
- В серии космических опер Xeelee Sequence Стивена Бакстера описано массивное кольцо, которое создаёт голую сингулярность. Она используется героями опер для перемещения в другую вселенную.
- В американском фантастическом телесериале Звёздный крейсер «Галактика» в эпизоде под названием «Daybreak» (2004) колония Сайлон вращается по орбите вокруг голой сингулярности.
- В трилогии Питера Гамильтона «Рассвет» (англ. The Night's Dawn) «спящий бог», по-видимому, является голой сингулярностью.
- В компьютерной игре «Космическая станция 13» двигатели станции вырабатывают энергию за счет маленькой голой сингулярности.
Напишите отзыв о статье "Голая сингулярность"
Примечания
- ↑ M. Bojowald, [relativity.livingreviews.org/Articles/lrr-2008-4/ Living Rev. Rel. 8, (2005), 11]
- ↑ R. Goswami & P. Joshi, [arxiv.org/abs/gr-qc/0608136 Phys. Rev. D, (2008)]
- ↑ R. Goswami, P. Joshi, & P. Singh, [arxiv.org/abs/gr-qc/0506129 Phys. Rev. Letters, (2006), 96]
- ↑ D. Eardley & L. Smarr, [prola.aps.org/abstract/PRD/v19/i8/p2239_1 Phys. Rev. D., (1979), 19]
- ↑ A. Krolak, [ptp.ipap.jp/link?PTPS/136/45/ Prog. Theor. Phys. Supp., (1999) 136, 45]
- ↑ Hobson, et. al, General Relativity an Introduction for Physicists, Cambridge University Press 2007, p. 300—305
- ↑ Hobson, et. al, General Relativity an Introduction for Physicists, Cambridge University Press 2007, p. 320—325
- ↑ Stephen Battersby. [space.newscientist.com/article/dn12707-is-a-naked-singularity-lurking-in-our-galaxy.html Is a 'naked singularity' lurking in our galaxy?], New Scientist (1 October 2007). Проверено 6 марта 2008.
Литература
- M. C. Werner and A. O. Peters, [scitation.aip.org/getabs/servlet/GetabsServlet?prog=normal&id=PRVDAQ000076000006064024000001&idtype=cvips&gifs=yes «Magnification relations for Kerr lensing and testing cosmic censorship»], Physical Review D, Vol. 76, Issue 6 (2007).
- Pankaj S. Joshi, [www.sciam.com/article.cfm?id=naked-singularities «Do Naked Singularities Break the Rules of Physics?»], Scientific American, January 2009.
- Marcus Chown, [www.newscientist.com/article/mg20327204.700-fastspinning-black-holes-might-reveal-all.html «Fast-spinning black holes might reveal all»] New Scientist, August 2009.
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Отрывок, характеризующий Голая сингулярность
– Вы при офицерах говорите полковому командиру про эту пакость, – продолжал штаб ротмистр. – Богданыч (Богданычем называли полкового командира) вас осадил.– Не осадил, а сказал, что я неправду говорю.
– Ну да, и вы наговорили ему глупостей, и надо извиниться.
– Ни за что! – крикнул Ростов.
– Не думал я этого от вас, – серьезно и строго сказал штаб ротмистр. – Вы не хотите извиниться, а вы, батюшка, не только перед ним, а перед всем полком, перед всеми нами, вы кругом виноваты. А вот как: кабы вы подумали да посоветовались, как обойтись с этим делом, а то вы прямо, да при офицерах, и бухнули. Что теперь делать полковому командиру? Надо отдать под суд офицера и замарать весь полк? Из за одного негодяя весь полк осрамить? Так, что ли, по вашему? А по нашему, не так. И Богданыч молодец, он вам сказал, что вы неправду говорите. Неприятно, да что делать, батюшка, сами наскочили. А теперь, как дело хотят замять, так вы из за фанаберии какой то не хотите извиниться, а хотите всё рассказать. Вам обидно, что вы подежурите, да что вам извиниться перед старым и честным офицером! Какой бы там ни был Богданыч, а всё честный и храбрый, старый полковник, так вам обидно; а замарать полк вам ничего? – Голос штаб ротмистра начинал дрожать. – Вы, батюшка, в полку без году неделя; нынче здесь, завтра перешли куда в адъютантики; вам наплевать, что говорить будут: «между павлоградскими офицерами воры!» А нам не всё равно. Так, что ли, Денисов? Не всё равно?
Денисов всё молчал и не шевелился, изредка взглядывая своими блестящими, черными глазами на Ростова.
– Вам своя фанаберия дорога, извиниться не хочется, – продолжал штаб ротмистр, – а нам, старикам, как мы выросли, да и умереть, Бог даст, приведется в полку, так нам честь полка дорога, и Богданыч это знает. Ох, как дорога, батюшка! А это нехорошо, нехорошо! Там обижайтесь или нет, а я всегда правду матку скажу. Нехорошо!
И штаб ротмистр встал и отвернулся от Ростова.
– Пг'авда, чог'т возьми! – закричал, вскакивая, Денисов. – Ну, Г'остов! Ну!
Ростов, краснея и бледнея, смотрел то на одного, то на другого офицера.
– Нет, господа, нет… вы не думайте… я очень понимаю, вы напрасно обо мне думаете так… я… для меня… я за честь полка.да что? это на деле я покажу, и для меня честь знамени…ну, всё равно, правда, я виноват!.. – Слезы стояли у него в глазах. – Я виноват, кругом виноват!… Ну, что вам еще?…
– Вот это так, граф, – поворачиваясь, крикнул штаб ротмистр, ударяя его большою рукою по плечу.
– Я тебе говог'ю, – закричал Денисов, – он малый славный.
– Так то лучше, граф, – повторил штаб ротмистр, как будто за его признание начиная величать его титулом. – Подите и извинитесь, ваше сиятельство, да с.
– Господа, всё сделаю, никто от меня слова не услышит, – умоляющим голосом проговорил Ростов, – но извиняться не могу, ей Богу, не могу, как хотите! Как я буду извиняться, точно маленький, прощенья просить?
Денисов засмеялся.
– Вам же хуже. Богданыч злопамятен, поплатитесь за упрямство, – сказал Кирстен.
– Ей Богу, не упрямство! Я не могу вам описать, какое чувство, не могу…
– Ну, ваша воля, – сказал штаб ротмистр. – Что ж, мерзавец то этот куда делся? – спросил он у Денисова.
– Сказался больным, завтг'а велено пг'иказом исключить, – проговорил Денисов.
– Это болезнь, иначе нельзя объяснить, – сказал штаб ротмистр.
– Уж там болезнь не болезнь, а не попадайся он мне на глаза – убью! – кровожадно прокричал Денисов.
В комнату вошел Жерков.
– Ты как? – обратились вдруг офицеры к вошедшему.
– Поход, господа. Мак в плен сдался и с армией, совсем.
– Врешь!
– Сам видел.
– Как? Мака живого видел? с руками, с ногами?
– Поход! Поход! Дать ему бутылку за такую новость. Ты как же сюда попал?
– Опять в полк выслали, за чорта, за Мака. Австрийской генерал пожаловался. Я его поздравил с приездом Мака…Ты что, Ростов, точно из бани?
– Тут, брат, у нас, такая каша второй день.
Вошел полковой адъютант и подтвердил известие, привезенное Жерковым. На завтра велено было выступать.
– Поход, господа!
– Ну, и слава Богу, засиделись.
Кутузов отступил к Вене, уничтожая за собой мосты на реках Инне (в Браунау) и Трауне (в Линце). 23 го октября .русские войска переходили реку Энс. Русские обозы, артиллерия и колонны войск в середине дня тянулись через город Энс, по сю и по ту сторону моста.
День был теплый, осенний и дождливый. Пространная перспектива, раскрывавшаяся с возвышения, где стояли русские батареи, защищавшие мост, то вдруг затягивалась кисейным занавесом косого дождя, то вдруг расширялась, и при свете солнца далеко и ясно становились видны предметы, точно покрытые лаком. Виднелся городок под ногами с своими белыми домами и красными крышами, собором и мостом, по обеим сторонам которого, толпясь, лилися массы русских войск. Виднелись на повороте Дуная суда, и остров, и замок с парком, окруженный водами впадения Энса в Дунай, виднелся левый скалистый и покрытый сосновым лесом берег Дуная с таинственною далью зеленых вершин и голубеющими ущельями. Виднелись башни монастыря, выдававшегося из за соснового, казавшегося нетронутым, дикого леса; далеко впереди на горе, по ту сторону Энса, виднелись разъезды неприятеля.
Между орудиями, на высоте, стояли спереди начальник ариергарда генерал с свитским офицером, рассматривая в трубу местность. Несколько позади сидел на хоботе орудия Несвицкий, посланный от главнокомандующего к ариергарду.
Казак, сопутствовавший Несвицкому, подал сумочку и фляжку, и Несвицкий угощал офицеров пирожками и настоящим доппелькюмелем. Офицеры радостно окружали его, кто на коленах, кто сидя по турецки на мокрой траве.
– Да, не дурак был этот австрийский князь, что тут замок выстроил. Славное место. Что же вы не едите, господа? – говорил Несвицкий.
– Покорно благодарю, князь, – отвечал один из офицеров, с удовольствием разговаривая с таким важным штабным чиновником. – Прекрасное место. Мы мимо самого парка проходили, двух оленей видели, и дом какой чудесный!
