Гола сингулярність

Гола сингулярність (англ. Naked singularity) - гіпотетичне поняття загальної теорії відносності, що означає гравітаційну сингулярність без горизонту подій. У класичній чорній дірі в сингулярності сила гравітації настільки велика, що світло не може покинути горизонт подій і, таким чином, об'єкти всередині горизонту подій, включаючи саму чорну діру, не можуть спостерігатися безпосередньо. Гола сингулярність, в разі її існування, навпаки, може спостерігатися ззовні.

Теоретичний доказ існування голих сингулярностей має велике значення, оскільки він означає, що, в принципі, спостереження стиснення об'єкта до нескінченної щільності можливе. Це сприяло б також вирішенню основних проблем загальної теорії відносності, оскільки загальна теорія відносності не може робити прогнози про майбутню еволюцію простору-часу поблизу сингулярності. Що стосується звичайних чорних дір, це не є проблемою, так як зовнішній спостерігач не може спостерігати простір-час всередині горизонту подій.

Деякі дослідження показують, що, якщо вірна теорія петлевої квантової гравітації, то голі сингулярності можуть існувати в природі [1] [2] [3] при допущенні, що Принцип космічної цензури не виконується. Чисельні розрахунки [4] та деякі інші аргументи [5] також вказують на таку можливість.

До теперішнього часу голі сингулярності не виявлені[6].

Гіпотеза виникнення

У концепції обертових чорних дір показано, що сингулярність, що швидко обертається, може стати кільцеподібним об'єктом. Це призводить до появи двох горизонтів подій, а також ергосфери, які зближуються в міру того, як спін сингулярності зростає. При злитті зовнішнього і внутрішнього горизонтів подій, вони стискаються до обертової сингулярності і зрештою відгороджують решту Всесвіту.

Сингулярність, що досить швидко обертається може виникнути в результаті колапсу пилу або наднової зірки.

Гола сингулярність є прикладом математичної складності (стиснення до нескінченної щільності), яка демонструє більш глибоку проблему в розумінні цього фізичного процесу. Працездатна теорія квантової гравітації повинна знайти прийнятне рішення даної проблеми.

Метрики

Зникнення горизонту подій існує в метриці Керра, яка описує обертову чорну діру в вакуумі. Зокрема, якщо її момент імпульсу досить великий, горизонт подій зникне. Перетворивши метрику Керра в координати Бойера-Ліндквіста , можна показати [7], що координата $r$ (яка не є радіусом) горизонту подій

$r_{\pm }=\mu \pm (\mu ^{2}-a^{2})^{1/2}$ ,

де $\mu =GM/c^{2}$ , і $a=J/Mc$ . У цьому випадку, «зникнення горизонту подій» означає, що рішення є комплексними для $r_{\pm }$ , або $\mu ^{2}<a^{2}$ .

Зникнення горизонту подій також можна побачити в метриці Райсснера-Нордстрема для зарядженої чорної діри. У цій метриці можна показати [8], що сингулярність виникає при

$r_{\pm }=\mu \pm (\mu ^{2}-q^{2})^{1/2}$ ,

де $\mu =GM/c^{2}$ , та $q=GQ^{2}/(4\pi \epsilon _{0}c^{4})$ . З трьох можливих випадків для відносних значень $\mu$ та $q$ , в разі де $\mu ^{2}<q^{2}$ , обидва значення $r_{\pm }$ є комплексними. Це означає, що метрика є регулярною для всіх позитивних значень $r$ , або, іншими словами, сингулярність не має горизонту подій.

Ефекти

Наявність голої сингулярності дозволяє вченим спостерігати стиснення об'єкта до нескінченної щільності, яке за нормальних обставин неможливо. По ряду оцінок, відсутність горизонту подій дозволить голим сингулярностям випромінювати світло [9]. У той же час принцип космічної цензури, сформульований в 1969 році Роджером Пенроузом, стверджує, що гола сингулярність не може виникнути в нашому Всесвіті при реальних початкових умовах.

У науковій фантастиці

Науково-фантастична трилогія Майкла Харрісона "Світло", "Новий розмах" та "Порожній простір" присвячена дослідженням голою сингулярності.
«Темна небезпека» Джеймса Гласса (опубліковано в журналі Astounding Science Fiction, березень 2005 року) описує ситуацію, коли екіпаж космічного корабля потрапляє в ергосферу чорної діри або сингулярності, і яким чином він вибирається з цієї, здавалося б, безвихідної ситуації.
У серії космічних опер Xeelee Sequence Стівена Бакстера описано масивне кільце, яке створює голу сингулярність. Вона використовується героями опер для переміщення в інший всесвіт.
В американському фантастичному телесеріалі Зоряний крейсер «Галактика» в епізоді під назвою «Daybreak» (2004) колонія Сайлони обертається по орбіті навколо голої сингулярності.
У трилогії Пітера Гамільтона «Світанок» (англ. The Night's Dawn) «сплячий бог», мабуть, є голою сингулярністю.
У комп'ютерній грі «Космічна станція 13» двигуни станції виробляють енергію за рахунок маленької голої сингулярності.

Примітки

M. Bojowald, Living Rev. Rel. 8, (2005), 11 Архівовано 21 грудня 2015 у Wayback Machine.
R. Goswami & P. Joshi, Phys. Rev. D , (2008)
R. Goswami, P. Joshi, & P. Singh, Phys. Rev. Letters , (2006), 96
D. Eardley & L. Smarr, Phys. Rev. D. , (1979), 19
A. Krolak, Prog. Theor. Phys. Supp. , (1999) 136, 45
Станом на 1 лютого 2016 року
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 (1 October 2007). [http: //space.newscientist.com/article/dn12707-is-a-naked-singularity-lurking-in-our- galaxy.html Is a 'naked singularity' lurking in our galaxy?]. New Scientist. Процитовано 6 березня 2008.^{[недоступне посилання з липня 2019]}

Література

M. C. Werner and A. O. Peters,«Magnification relations for Kerr lensing and testing cosmic censorship», Physical Review D , Vol. 76, Issue 6 (2007).
Pankaj S. Joshi, «Do Naked Singularities Break the Rules of Physics?»^{[недоступне посилання з травня 2019]}, Scientific American, January 2009.
Marcus Chown, «Fast-spinning black holes might reveal all» New Scientist, August 2009.

Див. також

This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.

[1] M. Bojowald, Living Rev. Rel. 8, (2005), 11 Архівовано 21 грудня 2015 у Wayback Machine.

[2] R. Goswami & P. Joshi, Phys. Rev. D , (2008)

[3] R. Goswami, P. Joshi, & P. Singh, Phys. Rev. Letters , (2006), 96

[4] D. Eardley & L. Smarr, Phys. Rev. D. , (1979), 19

[5] A. Krolak, Prog. Theor. Phys. Supp. , (1999) 136, 45

[6] Станом на 1 лютого 2016 року

[7] Hobson, et. al, General Relativity an Introduction for Physicists , Cambridge University Press 2007, p. 300-305

[8] Hobson, et. al, General Relativity an Introduction for Physicists , Cambridge University Press 2007, p. 320-325

[9] Stephen Battersby (1 October 2007). [http: //space.newscientist.com/article/dn12707-is-a-naked-singularity-lurking-in-our- galaxy.html Is a 'naked singularity' lurking in our galaxy?]. New Scientist. Процитовано 6 березня 2008.^{[недоступне посилання з липня 2019]}