Kozmološka singularnost je teorijska konstrukcija određenog stanja u kojem se Svemir nalazio u početnom trenutku. Osobitost ovog stanja je da ga karakterizira beskonačna gustoća i istovremeno beskonačna temperatura.
Pojava pojma
Kozmološka singularnost je poseban slučaj gravitacijske singularnosti. Ako smo navikli materiju smatrati nekim glatkim i bezgraničnim prostorom (mnogostrukošću), tada je u području gravitacijske singularnosti prostor-vrijeme zakrivljeno. Godine 1915. - 1916. veliki fizičar Albert Einstein objavio je svoju teoriju, prema kojoj gravitacijski učinci ne postoje kao posljedica rada bilo kakvih sila koje nastaju između tijela ili u poljima, već kao rezultat iskrivljenja samog prostor-vremena. Koristeći svoje jednadžbe, Einstein je uspio opisati odnos između zakrivljenosti prostor-vremena i materije koja je u njemu.
Kasnije, 1967. godine, Stephen Hawking upotrijebio je Einsteinove jednadžbe za opću teoriju relativnosti, koje opisuju dinamiku Svemira, kako bi dobio rješenja za proteklo vrijeme. Odnosno, odredio je stanje Svemira u početnom trenutku njegova postojanja i dokazao da takav trenutak stvarno postoji.
Gravitacijski singularitet
Još nije moguće precizno opisati gravitacijsku singularnost iz razloga što mnoge poznate veličine unutar njezinih granica teže beskonačnosti ili postaju nesigurne. Na primjer, gustoća energije odabranog referentnog okvira za ovo područje ili skalarna zakrivljenost.
Zahvaljujući radu teoretskih fizičara, imamo stroge dokaze da se takva gravitacijska singularnost mora nalaziti u središtu crnih rupa, točnije iza njih, inače crna rupa jednostavno ne bi nastala. Nažalost, u načelu je nemoguće promatrati bilo što izvan horizonta događaja, iako postoje sugestije da postoje crne rupe čija se singularnost malo proteže izvan svojih granica i da se mogu promatrati. Kozmološka singularnost se naziva "golom" jer se teoretski može vidjeti.
Svojstva, paradoksi i posljedice kozmološke singularnosti
Glavne karakteristike singulariteta su istovremeno beskonačna temperatura i gustoća materije. Može se pokušati zamisliti takav fenomen kao koncentracija beskonačno velike mase u beskonačno malom volumenu. Međutim, prema fizikalnim proračunima, te dvije veličine ne mogu istovremeno težiti beskonačnosti. Kao što je poznato, temperatura je usko povezana s mjerom kaosa, koja se s porastom gustoće može samo smanjivati, kao i sama temperatura.
Pouzdano je poznato da postoji određeni trenutak u vremenu u kojem je Svemir rođen iz singularnosti. Ali iz proračuna ili promatranja ne možemo saznati što se dogodilo prije singularnosti. Također, ne može se pronaći središnja točka, jezgra iz koje je nastao Veliki prasak. I što je najvažnije, kako je kozmološka singularnost rodila nezamislivo našeg Svemira.
Nažalost, danas razvijene fizičke strukture ne mogu objasniti prisutnost takvog fenomena kao što je singularnost, budući da svi postojeći zakoni fizike nisu primjenjivi u tom području. Kao što je rekao poznati moderni fizičar Michio Kaku: "singularitetom nazivamo ono što ne možemo razumjeti."
Svemir u kojem živimo opisan je kozmološkim standardnim modelom. Prema tom modelu, naš svijet nastao je prije otprilike trinaest milijardi godina kao rezultat Velikog praska određenog super-gustog stanja našeg Svemira - singulariteta. Što je prethodilo ovom događaju, kako je singularitet nastao, odakle dolazi njegova masa, bilo je potpuno neshvatljivo - nema teorije o takvom stanju. Daljnja sudbina Svemira koji se širio također je bila nejasna: hoće li se njegovo širenje nastaviti zauvijek ili će biti zamijenjeno kompresijom do sljedeće singularnosti.
Teoriju kozmogeneze nedavno su razvili ruski istraživači i prvi put iznijeli u svibnju prošle godine na međunarodnoj konferenciji na Fizičkom institutu. P. N. Lebedev s Ruske akademije znanosti, pokazuje da je singularitet prirodni proizvod evolucije masivne zvijezde koja se pretvorila u crnu rupu. Jedna crna rupa može dovesti do brojnih "potomaka" u sljedećim svemirima. I taj proces traje kontinuirano, granajući se, poput Drveta svijeta iz skandinavskih legendi. Višelisni hiperverz je beskonačan iu prostoru iu vremenu.
Drvo svijeta
“U početku bijaše Riječ, i Riječ bijaše u Boga, i Riječ bijaše Bog.” Kratko i jasno, ali ne i jasno. Srećom, uz teologiju postoji i kozmologija – znanost o Svemiru. Kozmološka slika svijeta je, po definiciji, objektivna, nereligijske prirode i stoga zanimljiva svakoj osobi koja cijeni činjenice.
Sve do početka 20. stoljeća kozmologija je ostala spekulativna disciplina: to još nije bila fizika, utemeljena na empirijskom iskustvu i neovisnom eksperimentu, već prirodna filozofija, utemeljena na stajalištima, uključujući i religiozna, samog znanstvenika. Tek s pojavom moderne teorije gravitacije, poznate kao GTR – opća teorija relativnosti, kozmologija je dobila teorijsku osnovu. Brojna otkrića u astronomiji i fizici dala su našoj junakinji promatračko opravdanje. Numerički eksperimenti pružili su važnu potporu teoriji i opažanjima. Imajte na umu da, suprotno nekim izjavama, nema proturječja između opće relativnosti, s jedne strane, i opažanja i eksperimenta, s druge strane. Doista, na temelju opće relativnosti ne samo da su izračunali iznos otklona svjetlosnog snopa u gravitacijskom polju Sunca, što, iskreno govoreći, nije fundamentalno važno za nacionalnu ekonomiju, već su izračunali i orbite planeta i svemirske letjelice, kao i tehničke parametre akceleratora, uključujući Veliki hadronski sudarač. Naravno, to ne znači da je GTR konačna istina. No, potraga za novom teorijom gravitacije ide u smjeru generaliziranja postojeće, a ne njezina odbacivanja.
Definicija koju smo dali kozmologiji - znanosti o svemiru - prilično je široka. Kao što je Arthur Eddington ispravno primijetio, sva znanost je kozmologija. Stoga je logično na konkretnim primjerima objasniti koji se zadaci i problemi smatraju kozmološkim.
Konstruiranje modela svemira je, naravno, kozmološki zadatak. Danas je općeprihvaćeno da je svemir homogen i izotropan na velikim skalama (više od 100 megaparseka). Ovaj model je nazvan Friedmanov model po svom pronalazaču Alexanderu Friedmanu. Na malim razmjerima, materija Svemira podložna je procesu gravitacijskog uvijanja zbog gravitacijske nestabilnosti - sila privlačenja koja djeluje između tijela nastoji ih spojiti. U konačnici, to dovodi do nastanka strukture svemira - galaksija, njihovih jata itd.
Svemir je nestacionaran: širi se, i to ubrzano (inflatorno) zbog prisutnosti tamne energije u njemu - vrste materije čiji je tlak negativan. Kozmološki model opisuje se s nekoliko parametara. To je količina tamne tvari, bariona, neutrina i broj njihovih varijanti, vrijednosti Hubbleove konstante i prostorne zakrivljenosti, oblik spektra početnih poremećaja gustoće (skup poremećaja različitih veličina), amplituda primarnih gravitacijskih valova, crveni pomak i optička dubina sekundarne ionizacije vodika, kao i drugi manje značajni parametri. Svaki od njih zaslužuje posebnu raspravu, definicija svakoga je cijela studija, a sve se to odnosi na probleme kozmologije. Kozmološki parametar nije samo broj, već i fizički procesi koji upravljaju svijetom u kojem živimo.
RANI SVEMIR
Možda je još važniji kozmološki problem pitanje podrijetla Svemira, onoga što se dogodilo na Početku.
Stoljećima su znanstvenici zamišljali da je svemir vječan, beskonačan i statičan. Da to nije tako otkriveno je 20-ih godina 20. stoljeća: nestacionarnost rješenja jednadžbi gravitacije teorijski je identificirao već spomenuti A. A. Friedman, a opažanja (uz točnu interpretaciju) gotovo istovremeno provodi nekoliko astronomi. Metodološki je važno naglasiti da se sam prostor nigdje ne širi: govorimo o volumetrijskom širenju protoka materije velikih razmjera koji se širi u svim smjerovima. Govoreći o Početku Svemira, mislimo na pitanje podrijetla ovog kozmološkog toka, koji je dobio početni poticaj za širenje i dobio određenu simetriju.
Ideja o vječnom i beskonačnom Svemiru, kroz radove mnogih istraživača 20. stoljeća, ponekad i suprotno njihovim osobnim uvjerenjima, izgubila je tlo pod nogama. Otkriće globalnog širenja Svemira značilo je ne samo da je Svemir nestatičan, već i da je njegova starost konačna. Nakon dugih rasprava o tome čemu je jednak i mnogih važnih opažačkih otkrića, broj se ustalio: 13,7 milijardi godina. Ovo je jako malo. Uostalom, prije dvije milijarde godina nešto je već gmizalo po Zemlji. Osim toga, radijus vidljivog Svemira je prevelik (nekoliko gigaparseka) za tako malu starost. Očigledno je ogromna veličina Svemira povezana s drugom - inflatornom - fazom širenja, koja se dogodila u prošlosti i zamijenila je faza sporog širenja, kontrolirana gravitacijom zračenja i tamne tvari. Kasnije počinje druga faza ubrzanog širenja Svemira, kojom upravlja tamna energija. Jednadžbe opće relativnosti pokazuju da s ubrzanim širenjem veličina kozmološkog toka raste vrlo brzo i ispada da je veća od svjetlosnog horizonta.
Starost Svemira poznata je s točnošću od 100 milijuna godina. Ali, unatoč takvoj "niskoj" točnosti, mi (čovječanstvo) možemo pouzdano pratiti procese koji su se dogodili vrlo blizu vremena do "trenutka rođenja Svemira" - oko 10^-35 sekundi. To je moguće jer je dinamika fizičkih procesa koji se odvijaju na kozmološkim udaljenostima povezana samo s gravitacijom iu tom smislu je potpuno jasna. Imajući teoriju (GTR), možemo ekstrapolirati Kozmološki standardni model u modernom Svemiru u prošlost i “vidjeti” kako je izgledao u mladosti. I izgledalo je jednostavno: rani Svemir bio je strogo određen i bio je laminarni tok materije koja se širila iz ekstremno visokih gustoća.
SINGULARNOST
Trinaest milijardi godina je otprilike 10^17 sekundi. A "prirodni" početak kozmološkog toka s takvom ekstrapolacijom podudara se s Planckovim vremenom - 10^-43 sekunde. Ukupno 43 + 17 = 60 reda veličine. Nema smisla govoriti o tome što se dogodilo prije 10^-43 sekunde, budući da je zbog kvantnih učinaka Planckova ljestvica minimalni interval za koji je primjenjiv koncept kontinuiteta i produženja. U ovom su trenutku mnogi istraživači odustali. Kao, ne možemo ići dalje jer nemamo teoriju, ne znamo kvantnu gravitaciju, itd.
Međutim, zapravo se ne može reći da je Svemir "rođen" upravo u ovom dobu. Sasvim je moguće da je tok materije “provukao” supergusto stanje u vrlo kratkom (plankovskom) vremenu, odnosno da ga je nešto natjeralo da prođe kroz taj kratkotrajni stadij. I onda nema logične slijepe ulice s Planckovim vremenom i Planckovom konstantom. Samo trebate razumjeti što je moglo prethoditi početku kozmološke ekspanzije, iz kojeg razloga i što je "vuklo" gravitirajuću materiju kroz stanje ultra-visoke gustoće.
Odgovor na ova pitanja, po našem mišljenju, leži u prirodi gravitacije. Kvantni efekti ovdje igraju sekundarnu ulogu, mijenjajući i modificirajući koncept superguste materije u kratkom vremenskom razdoblju. Naravno, danas ne poznajemo sva svojstva efektivne materije [ta se “materija” naziva efektivnom jer uključuje i parametre koji opisuju moguća odstupanja gravitacije od Opće teorije relativnosti. Prisjetimo se u tom smislu da moderna znanost operira s odvojenim fizikalnim konceptima materije i prostor-vremena (gravitacije). U ekstremnim uvjetima u blizini singulariteta, takva je podjela uvjetna - otuda izraz "efektivna materija."] u ekstremnim uvjetima. No, s obzirom na kratko razdoblje ove faze, u mogućnosti smo opisati cjelokupni dinamički proces, oslanjajući se samo na poznate zakone održanja energije i količine gibanja i smatrajući da su oni uvijek zadovoljeni u prosječnom metričkom prostor-vremenu, bez obzira na to što u budućnosti će se stvoriti kvantna “teorija svega”.
KOZMOGENEZA
U povijesti kozmologije bilo je nekoliko pokušaja da se problem singularnosti zaobiđe i zamijeni, primjerice, konceptom rađanja Svemira kao cjeline. Prema hipotezi o rađanju iz “ničega”, svijet je nastao iz “točke”, singulariteta, superguste regije s vrlo visokom simetrijom i svega ostalog što vam padne na pamet (metastabilnost, nestabilnost, prijelaz kvantne podbarijere u Friedmannovu simetriju, itd.). U ovom pristupu problem singularnosti nije riješen, a singularnost je postulirana u obliku početnog supergustog stanja nalik vakuumu (vidi “Znanost i život” br. 11, 12, 1996.).
Bilo je i drugih pokušaja da se "pobjegne" singularnosti, ali njihova je cijena uvijek bila visoka. Umjesto toga, bilo je potrebno postulirati opskurne konstrukcije bilo supergustih (subplankovskih) stanja materije, ili "odbijanja" Friedmannovog toka od visoke gustoće (promjena kompresije u ekspanziju), ili druge hipotetske recepte za ponašanje visoko- gustoća materije.
Nitko ne voli Singularnost. Fizička slika svijeta pretpostavlja svijet koji se mijenja, razvija, ali stalno postoji. Predlažemo drugačije promatrati singularitet i polaziti od činjenice da su visoko komprimirana stanja u koja, pod određenim uvjetima, pada i prolazi dinamički gravitacijski međudjelovajući sustav (u najjednostavnijem slučaju zvijezda) objektivna i prirodna za gravitaciju. Pojedinačna područja, poput privremenih mostova ili lanaca, povezuju opsežnija područja našeg svijeta. Ako je to tako, onda moramo razumjeti što čini da materija pada u posebna singularna stanja i kako iz njih izlazi.
Kao što je već spomenuto, kozmološka ekspanzija počinje s kozmološkom singularnošću - mentalno okrećući vrijeme, neizbježno dolazimo do trenutka kada se gustoća Svemira okreće u beskonačnost. Ovu poziciju možemo smatrati očitom činjenicom koja se temelji na QSM-u i općoj teoriji relativnosti. Prihvativši to kao datost, postavimo jednostavno pitanje koje iz ovoga proizlazi: kako nastaje singularnost, kako gravitirajuća materija dolazi u superkomprimirano stanje? Odgovor je iznenađujuće jednostavan: to je uzrokovano procesom gravitacijske kompresije masivnog sustava (zvijezda ili drugog kompaktnog astrofizičkog sustava) na kraju njegove evolucije. Kao rezultat kolapsa nastaje crna rupa i kao posljedica toga njezina singularnost. To jest, kolaps završava singularitetom, a kozmologija počinje singularitetom. Tvrdimo da je to lanac jednog kontinuiranog procesa.
Pitanje podrijetla Svemira, nakon nekoliko testova, pokušaja postavljanja i raznih tumačenja, dobilo je u 21. stoljeću čvrstu znanstvenu podlogu u obliku QSM-a i njegove nedvosmislene ekstrapolacije u prošlost po uzoru na Opću teoriju relativnosti. Razmatrajući ovaj problem, polazeći od jedinog nama poznatog Svemira, ne smijemo zaboraviti na opći fizički princip vezan uz ime Nikole Kopernika. Nekada se vjerovalo da je Zemlja središte svemira, zatim se povezivala sa Suncem, a kasnije se pokazalo da naša galaksija nije jedina, već samo jedna među mnogima (vidljivih je gotovo trilijun galaksija). sama). Logično je pretpostaviti da postoji mnogo svemira. Činjenica da još ne znamo ništa o drugima je zbog velike veličine našeg Svemira - njegova skala svakako premašuje horizont vidljivosti.
Veličina (razmjer) Svemira je veličina uzročno povezane regije, rastegnute tijekom njezine ekspanzije. Veličina vidljivosti je udaljenost koju je svjetlost "proputovala" tijekom postojanja Svemira; može se dobiti množenjem brzine svjetlosti i starosti Svemira. Činjenica da je Svemir izotropan i homogen na velikim razmjerima znači da su početni uvjeti u udaljenim područjima Svemira bili slični.
Već smo spomenuli da je ovaj veliki opseg posljedica prisutnosti faze inflatorne ekspanzije. U predinflacijskom razdoblju Velikog praska, ekspandirajući protok mogao je biti vrlo malen i uopće nije imao značajke Friedmanova modela. Ali kako mali protok pretvoriti u veliki nije problem kozmogeneze, već tehničko pitanje postojanja konačnog međufaza inflacije, sposobnog proširiti protok na isti način kao što se povećava površina napuhanog balona . Glavni problem kozmogeneze nije veličina kozmološkog toka, već njegov izgled. Baš kao što postoji dobro poznata metoda za stvaranje komprimiranih tokova materije (gravitacijski kolaps), mora postojati prilično općenit i jednostavan fizički mehanizam za gravitacijsko stvaranje ("zapaljenje") širećih tokova materije.
INTEGRABILNE SINGULARITETE
Dakle, kako doći "izvan" singularnosti? A što je iza toga?
Prikladno je proučavati strukturu prostor-vremena mentalno lansirajući slobodne probne čestice u njega i promatrajući kako se kreću. Prema našim proračunima, geodetske putanje [najkraće udaljenosti u prostoru određene strukture. U euklidskom prostoru to su ravne linije, u Riemannovom prostoru to su kružni lukovi, itd.] probne čestice se slobodno šire u vremenu kroz singularne regije određene klase, koje smo nazvali integrabilnim singularitetima. (Gustoća ili tlak divergiraju u singularitetu, ali volumenski integral ovih veličina je konačan: masa integrabilnog singulariteta teži nuli, budući da zauzima beznačajan volumen.) Nakon što prođu crnu rupu, geodetske putanje nađu se u prostorno-vremenska domena (od francuskog domaine - regija, posjed) bijele rupe, koja se širi sa svim znakovima kozmološkog toka. Ova prostorno-vremenska geometrija je jedinstvena i logično ju je definirati kao crno-bijelu rupu. Kozmološka domena bijele rupe nalazi se u apsolutnoj budućnosti u odnosu na roditeljsku domenu crne rupe, odnosno bijela rupa je prirodni nastavak i generacija crne rupe.
Ovaj novi koncept rođen je relativno nedavno. Kreatori su najavili njegovo pojavljivanje u svibnju 2011. na znanstvenoj konferenciji posvećenoj uspomeni na A.D. Saharova, održanoj u vrhu ruske fizike - Fizičkom institutu. P. N. Lebedev Ruska akademija znanosti (FIAN).
Kako je to moguće i zašto takav mehanizam kozmogeneze nije razmatran prije? Počnimo s odgovorom na prvo pitanje.
Pronaći crnu rupu nije teško, ima ih mnogo uokolo - nekoliko posto ukupne mase zvijezda u Svemiru koncentrirano je u crnim rupama. Mehanizam njihovog nastanka također je dobro poznat. Često se može čuti da živimo na groblju crnih rupa. Ali može li se to nazvati grobljem (kraj evolucije) ili druge zone (domene) našeg složenog svijeta, drugi svemiri počinju iza horizonata događaja crnih rupa?
Znamo da unutar crne rupe postoji posebna singularna regija u koju “pada” sva materija koju je zahvatila i gdje gravitacijski potencijal juri u beskonačnost. Međutim, priroda ne tolerira ne samo prazninu, već i beskonačnosti ili divergenciju (iako nitko nije otkazao velike brojeve). Uspjeli smo "proći" područje singularnosti zahtijevajući da tamošnji gravitacijski (metrički) potencijali, a time i plimne sile, ostanu konačni.
Divergencija metričkih potencijala može se eliminirati izravnavanjem singulariteta uz pomoć djelotvorne materije, koja ga slabi, ali ga ne eliminira u potpunosti. (Takva integrabilna singularnost može se usporediti s ponašanjem tamne tvari kada se približava središtu galaksije. Njezina gustoća teži beskonačnosti, ali masa unutar opadajućeg radijusa teži nuli zbog činjenice da se volumen unutar ovog radijusa smanjuje brže nego što se gustoća povećava. Ova analogija nije apsolutna: galaktički vrh, područje divergentne gustoće, prostorna je struktura, a singularnost crne rupe javlja se kao događaj u vremenu.) Prema tome, iako se gustoća i tlak razlikuju, plimni. sile koje djeluju na česticu su konačne, jer ovise o ukupnoj masi. To omogućuje testnim česticama da slobodno prolaze kroz singularnost: one se šire u kontinuiranom prostor-vremenu, a informacija o raspodjeli gustoće ili tlaka nije potrebna za opisivanje njihovog kretanja. A uz pomoć testnih čestica možete opisati geometriju - izgraditi referentne sustave i mjeriti prostorne i vremenske intervale između točaka i događaja.
CRNE I BIJELE RUPE
Dakle, moguće je proći kroz singularnost. I stoga možemo "vidjeti" što je iza toga, kroz koji se prostor-vrijeme nastavljaju širiti naše testne čestice. I završe u području bijele rupe. Jednadžbe pokazuju da dolazi do svojevrsne oscilacije: tok energije iz područja kontrakcije crne rupe nastavlja se u područje širenja bijele rupe. Ne možete sakriti impuls: kolaps se pretvara u anti-kolaps uz zadržavanje punog impulsa. A ovo je drugačiji svemir, budući da bijela rupa ispunjena materijom ima sva svojstva kozmološkog toka. To znači da bi naš Svemir mogao biti proizvod nekog drugog svijeta.
Slika koja proizlazi iz dobivenih rješenja jednadžbi gravitacije je sljedeća. Matična zvijezda kolabira u matičnom svemiru i formira crnu rupu. Kao posljedica kolapsa, oko zvijezde nastaju destruktivne plimne gravitacijske sile koje deformiraju i razdiru vakuum, rađajući materiju u prethodno praznom prostoru. Ova materija iz singularnog područja crno-bijele rupe ulazi u drugi svemir, šireći se pod utjecajem gravitacijskog impulsa primljenog tijekom kolapsa matične zvijezde.
Ukupna masa čestica u takvom novom svemiru može biti proizvoljno velika. Može značajno premašiti masu matične zvijezde. U ovom slučaju, masa nastale (roditeljske) crne rupe, izmjerena od strane promatrača koji se nalazi u vanjskom svemiru matičnog svemira, je konačna i bliska masi kolabirane zvijezde. Tu nema nikakvog paradoksa jer se razlika u masama kompenzira gravitacijskom veznom energijom koja ima negativan predznak. Možemo reći da je novi svemir u apsolutnoj budućnosti u odnosu na matični (stari) svemir. Drugim riječima, možete stići tamo, ali se ne možete vratiti.
ASTROGENA KOZMOLOGIJA, ILI VIŠESTRUKI SVEMIR
Tako složen svijet nalikuje Drvetu života (obiteljskom stablu, ako želite). Ako se tijekom procesa evolucije u Svemiru pojave crne rupe, tada kroz njih čestice mogu ući u druge grane (domene) svemira - i tako dalje kroz privremene vijence crnih i bijelih rupa. Ako se crne rupe iz ovog ili onog razloga ne formiraju (primjerice, zvijezde se ne rađaju), dolazi do slijepe ulice – prekida se geneza (stvaranje) novih svemira u tom smjeru. Ali pod povoljnim okolnostima, tijek "života" može se nastaviti i cvjetati čak i iz jedne crne rupe - za to je potrebno stvoriti uvjete za proizvodnju novih generacija crnih rupa u sljedećim svemirima.
Kako mogu nastati “povoljne okolnosti” i o čemu ovise? U našem modelu, to je zbog svojstava efektivne materije stvorene pod utjecajem ekstremne gravitacije u blizini singulariteta crno-bijelih rupa. U biti, riječ je o nelinearnim faznim prijelazima u kvantno-gravitacijskom materijalnom sustavu, koji imaju prirodu fluktuacija i stoga su podložni slučajnim (bifurkacijskim) promjenama. Slijedeći Einsteinovu krilaticu, možemo reći da “Bog baca kocku”, a onda se te kockice (početni uvjeti) mogu oblikovati u determinističke domene novih svemira ili mogu ostati nerazvijeni “embriji” kozmogeneze. Ovdje, kao iu životu, postoje zakoni prirodne selekcije. Ali to je predmet daljnjih istraživanja i budućeg rada.
KAKO IZBJEĆI SINGULARNOST
Svojedobno je predložen koncept oscilirajućeg, ili cikličkog, svemira, temeljen na hipotezi o "odskoku". Prema njoj, Svemir postoji u obliku beskonačnog broja ciklusa. Njegovo širenje zamjenjuje kompresija gotovo do singularnosti, nakon čega ponovno počinje širenje, a niz takvih ciklusa odlazi u prošlost i budućnost. Ne baš jasan koncept, budući da, prvo, nema dokaza promatranja da će jednog dana širenje našeg svijeta biti zamijenjeno kompresijom, i drugo, fizički mehanizam koji tjera Svemir na takva oscilatorna kretanja nije jasan.
Drugi pristup podrijetlu svijeta povezan je s hipotezom o samoiscjeljujućem svemiru, koju je predložio ruski znanstvenik A.D. Linde, koji je godinama živio u Sjedinjenim Državama. Prema ovoj hipotezi, svijet se može zamisliti kao kipući kotao. Globalno, Svemir je vruća juha visoke energetske gustoće. U njemu se pojavljuju mjehurići koji se ili skupljaju ili šire, i to pod određenim početnim uvjetima dugo vremena. Pretpostavlja se da karakteristike (bilo koje vrste koje možete zamisliti, uključujući skup temeljnih konstanti) mjehurića svjetova u nastajanju imaju određeni spektar i širok raspon. Ovdje se postavljaju mnoga pitanja: odakle je došla takva "juha", tko ju je skuhao i što je podržava, koliko se često ostvaruju početni uvjeti koji dovode do nastanka svemira našeg tipa itd.
KAKO SE MOGU FORMIRATI INTEGRABILNE SINGULARNOSTI
Kako se približavamo singularnosti, rastuće plimne sile djeluju na vakuum fizičkih polja, deformiraju ga i kidaju. Ono što se događa, kako kažu, je polarizacija vakuuma i rađanje čestica materije iz vakuuma – njen slom.
Ova reakcija fizičkog vakuuma na vanjski intenzivan utjecaj gravitacijskog polja koje se brzo mijenja je dobro poznata. Riječ je, u biti, o učinku kvantne gravitacije – gravitacijske napetosti se transformiraju u materijalna polja, te dolazi do preraspodjele fizičkih stupnjeva slobode. Danas se takvi učinci mogu izračunati u aproksimaciji slabog polja (tzv. semiklasična granica). U našem slučaju, govorimo o moćnim nelinearnim kvantno-gravitacijskim procesima, gdje je potrebno uzeti u obzir inverzni gravitacijski utjecaj generirane efektivne materije na evoluciju prosječne metrike koja određuje svojstva četverodimenzionalnog prostor-vremena. (kada kvantni efekti u gravitaciji postanu jaki, metrika postaje “drhtava” i o njoj možemo govoriti samo u srednjem smislu).
Ovaj smjer, naravno, zahtijeva daljnja istraživanja. Međutim, već sada se može pretpostaviti da će, prema Le Chatelierovom principu, obrnuti utjecaj dovesti do takvog restrukturiranja metričkog prostora da će rast plimnih sila, uzrokujući neograničeno rađanje efektivne materije, biti zaustavljen i, posljedično, metrički potencijali će prestati divergirati i ostat će konačni i kontinuirani."
Doktor fizikalno-matematičkih znanosti Vladimir Lukash,
Kandidat fizičkih i matematičkih znanosti Elena Mikheeva,
Kandidat fizikalno-matematičkih znanosti Vladimir Strokov (Astrosvemirski centar FIAN),
U filozofiji riječ "singularnost", izvedena iz latinskog "singulus" - "pojedinačan, individualan", označava jedinstvenost, jedinstvenost nečega - bića, događaja, pojave. Ponajviše su o ovom konceptu razmišljali moderni francuski filozofi - posebice Gilles Deleuze. Singularnost je tumačio kao događaj koji generira značenje i točkaste je prirode. “Ovo su prekretnice i točke prijelama; uska grla, čvorovi, predvorja i središta; talište, kondenzacija i vrelište; točke suza i smijeha, bolesti i zdravlja, nade i malodušnosti, točke osjetljivosti.” Ali istodobno, ostajući posebna točka, događaj je neizbježno povezan s drugim događajima. Dakle, točka je ujedno i linija koja izražava sve modifikacije ove točke i njezine odnose s cijelim svijetom.
Kada čovjek stvori stroj koji je pametniji od čovjeka, povijest će postati nepredvidiva jer je nemoguće predvidjeti ponašanje inteligencije superiorne ljudskoj
U drugim znanostima pojam “singularnost” počeo je označavati pojedinačne, posebne pojave za koje prestaju vrijediti uobičajeni zakoni. Na primjer, u matematici, singularnost je točka u kojoj se funkcija ponaša nepravilno – na primjer, teži beskonačnosti ili uopće nije definirana. Gravitacijska singularnost je područje u kojem je prostorno-vremenski kontinuum toliko zakrivljen da postaje beskonačan. Opće je prihvaćeno da se gravitacijske singularnosti pojavljuju na mjestima skrivenim od promatrača - prema "principu kozmičke cenzure" koji je 1969. predložio engleski znanstvenik Roger Penrose. Formulirano je na sljedeći način: "Priroda se gnuša gole (to jest, vanjskom promatraču vidljive) singularnosti." U crnim rupama singularnost se krije iza takozvanog horizonta događaja - zamišljene granice crne rupe, iza koje ništa ne bježi, pa ni svjetlost.
Ali znanstvenici nastavljaju vjerovati u postojanje "golih" singulariteta negdje u svemiru. A najupečatljiviji primjer singularnosti je stanje s beskonačno visokom gustoćom materije koje nastaje u trenutku Velikog praska. Ovaj trenutak, kada je cijeli Svemir sabijen u jednu točku, ostaje misterij za fizičare - jer uključuje kombinaciju međusobno isključivih uvjeta, na primjer, beskonačne gustoće i beskonačne temperature.
U IT sferi čekaju dolazak još jedne singularnosti – tehnološke. Znanstvenici i pisci znanstvene fantastike koriste ovaj izraz za označavanje prekretnice nakon koje će se tehnološki napredak ubrzati i postati toliko složen da će biti izvan našeg razumijevanja. Ovaj je izraz izvorno predložio američki matematičar i pisac znanstvene fantastike Vernor Vinge 1993. godine. Iznio je sljedeću ideju: kada čovjek stvori stroj koji je pametniji od čovjeka, povijest će postati nepredvidiva jer je nemoguće predvidjeti ponašanje inteligencije superiornije od ljudske inteligencije. Vinge je sugerirao da će se to dogoditi u prvoj trećini 21. stoljeća, negdje između 2005. i 2030. godine.
Godine 2000. američki stručnjak za razvoj umjetne inteligencije Eliezer Yudkowsky također je iznio hipotezu da će možda u budućnosti postojati program umjetne inteligencije koji će se moći usavršavati brzinom višestruko većom od ljudskih mogućnosti. Blizina ove ere, prema znanstveniku, može se odrediti po dva znaka: rastućoj tehnološkoj nezaposlenosti i iznimno brzom širenju ideja.
“Ovo će vjerojatno biti najbrža tehnološka revolucija koja nam je dosad poznata”, napisao je Yudkowsky. - Najvjerojatnije će pasti iz vedra neba - čak i za znanstvenike uključene u proces... I što će se onda dogoditi za mjesec-dva (ili dan-dva) nakon toga? Postoji samo jedna analogija koju mogu povući - pojava čovječanstva. Naći ćemo se u post-humanoj eri. I unatoč svom mom tehničkom optimizmu, bilo bi mi puno ugodnije da me od tih nadnaravnih događaja dijeli tisuću godina, a ne dvadeset.”
Tema tehnološke singularnosti inspirirala je cyberpunk pisce - na primjer, pojavljuje se u romanu Williama Gibsona Neuromancer. Prikazan je i u popularnom romanu modernog pisca znanstvene fantastike Dana Simmonsa “Hyperion” - opisuje svijet, osim ljudi, nastanjen i umjetnom inteligencijom - odnosno nositeljima umjetne inteligencije koji dolaze u sukob s čovječanstvom.
Kako reći
Netočno "Bio je to jedinstveni događaj kada je mehanizam izmakao kontroli." Tako je - "single".
Točno "Siguran sam da će se prije ili kasnije Svemir ponovno urušiti u singularnost."
Točno "Volim ovaj roman - najbolji opis tehnološke jedinstvenosti koji sam ikada pročitao."
Svatko tko je naišao na pojam "singularnost" nastojao je razumjeti što je to? Ako napravite doslovni prijevod s latinskog, ispada da je to posebnost nekog događaja, stvorenja, fenomena. Pojam singularnosti (posebnosti) raširen je u mnogim područjima znanosti i tehnologije i ima određenu specifičnost. Ovisno o tome, singularitet može biti:
- matematički;
- gravitacijski;
- kozmološki;
- tehnološki;
- biološki.
Ali ako na to gledate više filozofski, onda je singularnost cijeli svemir u sićušnoj točki. I to nije samo sva supstanca Svemira, nego i naš život, sa svojom sviješću, značajem i osjećajima.
Kozmološka singularnost
Inače, ovo je stanje koje je Svemir imao u prvom trenutku Velikog praska. Karakterizira ga prisutnost beskonačnih vrijednosti gustoće i temperature tvari. Ovo stanje, koje je postalo primjerom gravitacijske singularnosti, predvidio je Einstein u odredbama opće teorije relativnosti. Nevjerojatno je teško zamisliti da se Sunce može sabiti na veličinu atomske jezgre, ali je još teže zamisliti da je cijeli Svemir sabijen na točku čija je veličina bila puno manja od ove jezgre. Štoviše, Svemir je nastao iz takvog objekta koji se naziva singularnost. Ova verzija događaja matematički je izračunata i glavna je teorija nastanka okolnog svijeta. Ali postoje određene poteškoće koje ova teorija ne objašnjava.
- Nitko ne zna gdje se točno nalazila točka iz čije je jezgre rođen naš Svemir.
- Nije jasno kako je ova značajka "rodila" beskrajne količine energije i materije.
- Heterogenost Svemira također nije sasvim jasna. Po svim kanonima trebao je postati homogen, ali te homogenosti nije bilo ni u primarnom plinu.
- Fizikalni zakoni koje poznajemo, koji nam pomažu opisati svijet koji nam je poznat, ne rade u slučaju singularnosti. Iz ovoga slijedi da je moguće opisati samo one događaje koji su se dogodili nakon Velikog praska, ali ne i samu eksploziju, niti prag do nje.
Samu činjenicu nastanka kozmološke singularnosti, ako nastavimo u prošlost rješenje koje opisuje dinamiku širenja Svemira, dokazao je S. Hawking 1967. godine. No primijetio je da singularnost krši pravila fizike. Nemoguće je da gustoća i temperatura imaju beskonačne vrijednosti u isto vrijeme. Beskonačna gustoća implicira da mjera kaosa (entropija) teži nuli, a to ne odgovara beskonačnoj temperaturi. Kozmološka singularnost (i sama činjenica njezina postojanja) postala je jedan od glavnih problema kozmologije. To proizlazi iz činjenice da sve dostupne informacije o onome što se dogodilo nakon Velikog praska ne pružaju apsolutno nikakve informacije o fenomenima koji su prethodili ovom grandioznom događaju. Ali znanstveni svijet neprestano pokušava riješiti ovaj problem, a ti se pokušaji odvijaju u različitim smjerovima:
- Pretpostavlja se da će biti moguće opisati dinamiku polja u kojem nema takvih značajki pomoću kvantne gravitacije, čija teorija još nije konstruirana;
- Smatra se da je, ako uzmemo u obzir kvantne efekte u negravitacijskim poljima, moguće narušiti uvjet energetske dominacije, što je isticao Hawking;
- Postoje i druge teorije gravitacije koje se ne pozivaju na singularnost. U njima materija, stisnuta do granice, uz pomoć gravitacijskih sila ne doživljava privlačnost, već odbojnost.
Gravitacijski singularitet
Ako govorimo suhoparnim jezikom fizike, onda je to točka koja se nalazi u prostor-vremenu kroz koju nije moguće točno položiti geodezijsku liniju. Često gravitacijska singularnost čini veličine koje opisuju gravitacijsko polje beskonačnima ili neodređenima. Te veličine uključuju, na primjer, gustoću energije ili skalarnu zakrivljenost. implicira da se singularnosti moraju pojaviti tijekom formiranja crne rupe. Ako su ispod horizonta događaja, tada se ne mogu promatrati. U slučaju Velikog praska, postoji gola singularnost - njezino promatranje je sasvim moguće, ako ste, naravno, u blizini. Nažalost, nemoguće ga je izravno vidjeti, stoga je, na temelju stupnja razvoja moderne fizike, to samo teorijski objekt. Kada se razviju principi kvantne gravitacije, bit će moguće opisati prostor-vrijeme u blizini tih objekata.
Svaka crna rupa ima dvije glavne značajke - horizont događaja i singularitet, koji je središte ove rupe. Ovdje dolazi do distorzije, kao i do raskida prostor-vremena. Zapravo, zakoni fizike ovdje gube svoju logiku. Postoje teorije da je na takvim točkama sasvim moguće napraviti prijelaz u druge svjetove. Razvijen je matematički model - "Einstein-Rosenov most", koji potvrđuje ovu opciju. To se može učiniti skokom kroz singularitet. Ovdje se križaju slojevi Svemira, tvoreći svojevrsni subprostorni prijelaz. To je spoj dviju rupa – crne i bijele. Ovo je svojevrsni vremeplov, a sama činjenica tranzicije nije u suprotnosti s načelom kauzaliteta. Skakanje kroz singularnost rotirajuće crne rupe omogućit će putovanje kroz vrijeme u bilo kojem smjeru. Budući da je crna rupa okružena horizontom događaja, singularnost se ne može vidjeti u svom golom stanju. Ali unatoč tome, stvaraju se modeli koji omogućuju da se to učini s različitim stupnjevima realizma.
Ako vrtite crnu rupu određenom brzinom, horizont događaja se može odvojiti. Međutim, ovdje postoje neke poteškoće. Da biste zavrtjeli crnu rupu, morate u nju uliti dodatnu masu, što nije baš realno zbog prisutnosti jasne granice iznad koje je rotacija rupe nemoguća. Ali uobičajena je pretpostavka da se masa dodaje već vrlo brzo rotirajućoj rupi. Što ako pretpostavimo da je rotacija tek započela? Ova vam opcija omogućuje vrtenje crne rupe do stanja u kojem njezina singularnost postaje otvorena. Vjerojatno postoje crne rupe koje putuju svemirom, noseći golu singularnost.
Singularnost u matematici
Matematički koncept dane značajke je određena točka u kojoj matematička funkcija teži beskonačnosti. Ili funkcija ima neko drugo nepravilno ponašanje (osobito kritičnu točku).
Tehnološka posebnost
Ovaj koncept se uglavnom odnosi na polje futurologije, studije koja pokušava predvidjeti budućnost. U ovom slučaju, neki postojeći trendovi u tehnologiji, ekonomiji i društvenim fenomenima uzimaju se kao osnova, a zatim se ekstrapoliraju. Vjeruje se da će uskoro doći trenutak kada će napredak u znanosti i tehnologiji postati nedostupan ljudskom razumijevanju. um. To će vjerojatno postati stvarnost kada postane moguće stvoriti umjetnu inteligenciju i započne proizvodnja strojeva koji se sami reproduciraju. Integracija ljudi s računalima ili oštra promjena u funkcionalnosti ljudskog mozga pomoću biotehnologije dovest će do istog rezultata. To će postati tehnološka posebnost koju neki znanstvenici predviđaju u bliskoj budućnosti. V. Vij vjeruje da će se to dogoditi 2030. godine, a R. Kurzweil revoluciju gura u 2045. godinu.
Singularnost u biologiji
U biologiji se ovaj koncept ne koristi često. Obično se koristi kao neka generalizacija u evolucijskom procesu.
Zaključci i implikacije
Ako matematičke, tehničke i biološke singularnosti imaju prilično opipljive parametre, onda je situacija sa značajkama drugih opcija složenija. Teško je operirati s pojmovima koji se ne mogu "dotaknuti" i ocijeniti. Matematički proračuni su pouzdana stvar, ali samo ako su predmeti istraživanja dovoljno materijalni. S singularnošću je sve drugačije. Ne samo da nije materijalno, nego još nije ni dokazano. Stoga njegova primjena, čak i hipotetska, izaziva pitanja. Ako možete putovati kroz nju da biste došli do drugih dimenzija, kako onda možete ostati netaknuti dok prolazite kroz gravitacijske Scile i Haribde? Fizičari će vjerojatno s vremenom imati odgovore na sva pitanja. I svakako ćemo ih prepoznati i konačno shvatiti što je singularnost.
