Nahá jedinečnost - Naked singularity

V obecné relativitě je nahá singularita hypotetická gravitační singularita bez horizontu událostí . V černé díře je singularita zcela uzavřena hranicí známou jako horizont událostí , uvnitř které je gravitační síla singularity tak silná, že světlo nemůže uniknout. Objekty uvnitř horizontu událostí - včetně samotné singularity - tedy nelze přímo pozorovat. Naproti tomu nahá jedinečnost by byla pozorovatelná zvenčí.

Teoretická existence nahých singularit je důležitá, protože jejich existence by znamenala, že by bylo možné pozorovat kolaps předmětu na nekonečnou hustotu . To by také způsobilo základní problémy obecné relativity, protože obecná relativita nemůže předpovídat vývoj časoprostoru v blízkosti singularity. V obecných černých dírách to není problém, protože vnější divák nemůže pozorovat časoprostor v horizontu událostí.

Nahé singularity nebyly v přírodě pozorovány. Astronomická pozorování černých děr naznačují, že jejich rychlost rotace klesá pod prahovou hodnotu, aby se vytvořila holá singularita (spinový parametr 1). GRS 1915+105 se blíží limitu s parametrem rotace 0,82-1,00.

Podle hypotézy kosmické cenzury nemusí být gravitační singularity pozorovatelné. Pokud je kvantová gravitace smyčky správná, mohou být v přírodě možné nahé singularity.

Předvídaná formace

Z konceptů čerpaných z rotujících černých děr je ukázáno, že singularita, která se rychle točí, se může stát objektem ve tvaru prstence. To má za následek dva horizonty událostí a také ergosféru , které se k sobě přibližují, jak se roztočení singularity zvyšuje. Když se vnější a vnitřní horizont událostí spojí, zmenší se směrem k rotující singularitě a nakonec ji vystaví zbytku vesmíru.

Dostatečně rychle rotující singularita může být vytvořena kolapsem prachu nebo supernovou rychle se otáčející hvězdy. Byly provedeny studie pulzarů a některé počítačové simulace ( Choptuik , 1997).

Matematik Demetrios Christodoulou , vítěz Shawovy ceny , ukázal, že na rozdíl od toho, co se očekávalo, vyskytují se také singularity, které nejsou skryty v černé díře. Poté však ukázal, že takové „nahé singularity“ jsou nestabilní.

Metriky

Ray sledoval obraz hypotetické nahé singularity před pozadím Mléčné dráhy . Parametry singularity jsou M = 1, a²+Q² = 2M². Na singularitu se díváme z její rovníkové roviny při θ = 90 ° (na hraně).

Srovnání s extrémní černou dírou s M = 1, a²+Q² = 1M².

V Kerrově metrice , která je rotující černou dírou ve vakuu, existují mizející horizonty událostí . Konkrétně, pokud je moment hybnosti dostatečně vysoký, horizonty událostí by mohly zmizet. Transformací Kerrovy metriky na Boyer -Lindquistovy souřadnice lze ukázat, že souřadnice (což není poloměr) horizontu událostí je ${\ displaystyle r}$

{\ Displaystyle r _ {\ pm} = \ mu \ pm (\ mu^{2} -a^{2})^{1/2},}

kde a . V tomto případě „horizonty událostí mizí“ znamená, když jsou řešení složitá pro , popř . Nicméně, toto odpovídá případu, kdy přesáhne (nebo v Planckovy jednotky , ) , tedy rotace přesahuje to, co je obvykle vnímána jako horní hranice jeho fyzikálně možných hodnot. ${\ Displaystyle \ mu = GM/c^{2}}$ ${\ displaystyle a = J/Mc}$ ${\ displaystyle r _ {\ pm}}$ ${\ Displaystyle \ mu ^{2} <a ^{2}}$ ${\ displaystyle J}$ ${\ displaystyle GM^{2}/c}$ ${\ displaystyle J> M^{2}}$

Mizející horizonty událostí lze také vidět na geometrii Reissner – Nordström nabité černé díry. V této metrice lze ukázat, že horizonty se vyskytují v

{\ Displaystyle r _ {\ pm} = \ mu \ pm (\ mu^{2} -q^{2})^{1/2},}

kde a . Ze tří možných případů relativních hodnot a případu, kde oba jsou složité. To znamená, že metrika je pravidelná pro všechny kladné hodnoty , nebo jinými slovy, singularita nemá horizont událostí. To však odpovídá případu, kde překročí (nebo v jednotkách Planck ) , tj. Náboj překročí to, co je normálně považováno za horní hranici jeho fyzicky možných hodnot. ${\ Displaystyle \ mu = GM/c^{2}}$ ${\ Displaystyle q^{2} = GQ^{2}/(4 \ pi \ varepsilon _ {0} c^{4})}$ ${\ Displaystyle \ mu}$ ${\ displaystyle q}$ ${\ Displaystyle \ mu ^{2} <q ^{2}}$ ${\ displaystyle r _ {\ pm}}$ ${\ displaystyle r}$ ${\ displaystyle Q/{\ sqrt {4 \ pi \ varepsilon _ {0}}}}$ ${\ displaystyle M {\ sqrt {G}}}$ ${\ displaystyle Q> M}$

Viz metrika Kerr – Newman o singularitě rotujícího a nabitého prstenu.

Efekty

Nahá singularita by mohla vědcům umožnit pozorovat nekonečně hustý materiál, což by za normálních okolností nebylo možné hypotézou kosmické cenzury. Bez jakéhokoli horizontu událostí někteří spekulují, že nahé singularity mohou ve skutečnosti vyzařovat světlo.

Hypotéza kosmické cenzury

Hypotéza kosmické cenzury říká, že gravitační singularita zůstane skryta horizontem událostí. Události LIGO , včetně GW150914 , jsou v souladu s těmito předpověďmi. Ačkoli by anomálie dat vedly v případě singularity, povaha těchto anomálií zůstává neznámá.

Některé výzkumy naznačovaly, že pokud je kvantová gravitace smyčky správná, pak by v přírodě mohly existovat nahé singularity, z čehož vyplývá, že hypotéza o kosmické cenzuře neplatí. Numerické výpočty a některé další argumenty také naznačovaly tuto možnost.

Ve fikci

M. John Harrison ‚s Kefahuchi cest trilogie sci-fi románů ( Light , Nova Swing a Prázdný prostor ) centrum při zkoumání lidstva nahé singularity.
„Dark Peril“ od Jamese C. Glass (publikováno v Analogu v březnu 2005) je příběh o vesmírných cestovateli na průzkumné misi. Zatímco zkoumají podivný kosmologický jev, jejich dvě malá vesmírná plavidla se začínají otřásat a oni nejsou schopni opustit oblast. Jeden člen posádky si uvědomí, že jsou v pasti ergosféra části černé díry nebo nahé singularity. Příběh popisuje shluk několika černých děr nebo zvláštností a to, co posádka dělá, aby se pokusila přežít tuto zdánlivě nevyhnutelnou situaci.
Stephen Baxter je Xeelee sekvence představuje Xeelee, který vytvoří masivní prstenec, který vytváří nahé singularity. Slouží k cestování do jiného vesmíru.
V epizodě s názvem „ Daybreak “, finále 2004 přepracovaného televizního seriálu Battlestar Galactica , kolonii Cylon obíhá nahou singularitu.
Spící Bůh Peter Hamilton ‚s noční Dawn trilogie je považováno za nahá singularita.
V Christopher Nolan je mezihvězdného neexistenci nahého Singularity brání lidstvo od dokončení teorii kvantové gravitace kvůli nedostupnosti experimentálních dat z uvnitř horizontu událostí .
Ve vizuálním románu Steins; Gate je pouhá singularita použita ke zkomprimování digitalizovaných vzpomínek hlavního hrdiny na menší velikost, která je poté odeslána zpět v čase s improvizovaným „strojem na skok v čase“.
V románu Vonda McIntyre z roku 1981 o Star Treku , The Entropy Effect , je shledáno , že nahá singularita je vedlejším efektem experimentování s cestováním v čase a hrozí zničením vesmíru, pokud experimenty s cestováním časem nezastavíte, než začnou.

Viz také

Reference

Další čtení

Werner, MC; Petters, AO (2007-09-24). „Vztahy zvětšení pro Kerrovu čočku a testování kosmické cenzury“. Physical Review D . 76 (6): 064024. arXiv : 0706.0132v2 . Bibcode : 2007PhRvD..76f4024W . doi : 10,1103/physrevd.76.064024 . ISSN 1550-7998 . S2CID 119647924 .
Pankaj S. Joshi, „Porušují nazí singularity pravidla fyziky?“ , Scientific American , leden 2009.
Marcus Chown, „Rychle se točící černé díry mohou odhalit vše“ New Scientist , srpen 2009.

Languages

In other projects