что такое сингулярность черной дыры
Что такое сингулярность? Точка сингулярности. Сингулярность черной дыры
Что такое сингулярность?
Общая трактовка термина
Разгадываем тайны гравитации
В астрофизике существует такое понятие, как скорость убегания. Оно используется для того, чтобы определить степень разгона, с которой определенный объект сможет сопротивляться гравитационным силам. К примеру, ракета с учетом ее массы должна двигаться со скоростью около 12 км/с, чтобы покинуть атмосферу Земли. Но если бы наша планета имела диаметр не 12 742 километра, а один сантиметр, то для преодоления поля притяжения нужно было бы двигаться со скоростью большей, чем скорость света. В таком случае Землю окружала бы не привычная нам сила тяготения, а гравитационная сингулярность. Конечно же, все это теория, так как если наша планета примет подобные размеры, она превратится в черную дыру. Но такой опыт дает возможность понять, каково значение гравитации во Вселенной. т чего зависит сила тяготения? Чем ближе атомы располагаются друг к другу, тем плотнее вещество. Если молекулы как-либо взаимодействуют между собой, то происходит процесс нагревания, следовательно, температура этого вещества повышается. В земных условиях такие процессы происходят в определенных рамках, потому мы давно изобрели формулы, позволяющие рассчитать поведение любого химического элемента. Все потому, что сила земного притяжения не дает частицам сближаться меньше, чем на определенное расстояние, и отдаляться более, чем на конкретную величину. В открытом космосе, где наблюдаются пустоши между галактиками, пространство особенно разряжено, это называется вакуумом. Тут гравитации нет в принципе, потому малое количество материи пребывает в хаосе. Возле очень плотных объектов (гигантские голубые звезды, квазары, а также черные дыры) сила притяжения поднимается до нереальных для нас, землян, величин. Частицы тут расположены настолько близко друг к другу, что образуется явление, которое называется «гравитационная сингулярность». Это та самая основа, влияющая на искажение пространства и степень кривизны. Гравитация и поведение материи В область сингулярности материя не засасывается. Туда притягивается только космический ветер и микроскопические частицы. Но человек чисто теоретически может по доброй воле отправиться в такие области. Они располагаются в квазарах и в черных дырах и, увы, для живых существ являются смертоносными с точки зрения биологии. Попадая в область большой приливной силы, тело начнет растягиваться как вдоль, так и поперек. В результате очертания человека окутают сферу и будут вращаться в ней. Теоретически, если глаза еще будут видеть и передавать сигнал в мозг, человек одновременно сможет лицезреть все свои части тела, включая лицо, которое будет вращаться перед ним, превышая скорость света. Понятно, что в таком виде человеческое тело существовать не может, но ведь это касается земной физики. Однако подобный пример дает нам возможность представить, что такое сингулярность с практической точки зрения. Было бы интересно предположить, что мы как биологический вид сможем принять эти новые физические законы и существовать в таких формах, образуя новые миры для себя.
Течение времени
О том, что такое время, можно спорить вечно. Сегодня его определяют как процесс прохождения физиологических, физических и психических процессов для живых организмов и материи нашего мира. Но свойства времени, его скрытые возможности так и не изучены. Мы воспринимаем его как нечто субъективное, и это тщательно можно отследить, вспоминая свои прошедшие годы. Когда мы проживали первый год жизни, этот отрезок для нас был равен 100 процентам. Он был единственным, что у нас есть, всей жизнью и опытом. На второй свой день рождения один год уже стал 50 процентами, на третий – лишь третью. К 80-летнему возрасту один год уже был лишь 1/80 частицей жизни и ничего практически не значил. Так случалось потому, что в течение первого года все, что мы видели, было новым. В дальнейшем нам попадались уже все более и более привычные вещи и явления. Потому и казалось, что детство тянется невероятно долго, а зрелые годы пролетают моментально. Это наглядный пример того, как восприятие одного человека искажает течение времени. А что же будет, если взглянуть на этот термин с астрономической точки зрения? Время в начале времен Это было небольшое отступление, которое дало возможность понять все то, что мы видим. Находясь запертыми в рамках физики и, более того, своего собственного восприятия, нам сложно представить, что мир был и может быть совсем другим. Так вот, сингулярность времени имела такое же место в космологии, как и сингулярность пространства. Сейчас для преодоления отрезка в 1 километр со скоростью 5 км/ч потребуется 0,2 часа. Чтобы долететь от Земли до Сатурна, необходимо затратить несколько лет. Но как быть с временем, если все расстояние, которое имеется в мире, равно 1 сантиметру? Умножая столь ничтожные параметры на бесконечно большую плотность и массу, мы получаем кривизну пространства-времени. Это означает, что в момент, когда Вселенная была сингулярной, могло происходить все то, что мы видим сейчас. События, возможно, перемешивались, невероятно искажались и сопоставлялись. Проще выражаясь, любой материальный объект мог заглянуть как в прошлое Земли или другой планеты, так и в ее будущее. Технологии и вступление в новую эру Существует и так называемая теория сингулярности, согласно которой наша планета скоро превратится в большой биотехнический интеллект. По мнению исследователей, к середине 21-го века будет создан компьютер, возможности которого превзойдут возможности мозга. Искусственный разум, естественно, возьмет верх над менее развитыми существами. В этот момент наступит технологическая сингулярность. Такое название было придумано потому, что неизвестно, чем такой прогрессивный скачок в области науки закончится и удастся ли выжить человечеству. Червоточины Сингулярность черной дыры, из которой, собственно, и состоит этот космический объект, – одна из самых больших загадок мира. Сама кротовая нора на самом деле выглядит не как яма с воронкой и узким тоннелем, а как сфера, образованная гигантской силой гравитации. О черных дырах мы уже говорили выше, определяя их как смертоносные объекты во Вселенной. Сила их сжатия невероятно велика, потому на горизонте событий искривляется пространство и останавливается время. Сингулярность черной дыры сравнима с теорией Большого взрыва. Досконально не изучено, но считается, что сила сжатия внутри червоточины такая же, как в момент зарождения мира. Вот почему бытует теория о том, что черные дыры – это эволюция новых Вселенных, которые существуют параллельно с нашей. Приложение, объясняющее часть теории В общих чертах теорию точки невозврата и бесконечной плотности дает понять игра «Сингулярность». Прохождение миссии связано с перемещением в пространстве и времени, где эти два понятия едины. Герой передвигается между 1950 годом и 2010-м, исправляя ошибки советских ученых и спасая современных каторжников, заключенных на острове, окруженном радиацией. Если погрузиться в этот мир, то постепенно можно понять, что значит время в пространственном измерении. Подведение итогов Изучение всех тайн космоса, которые касаются гравитации, дает возможность понять, что теория относительности нас предельно ограничивает. Конечно же, это невероятная находка для земных условий, но если речь идет об изучении иных пространств, то стоит отбросить все стереотипы. Такое понятие, как «сингулярность», переворачивает восприятие звука, световых импульсов, кривизны пространства и длительности времени. Но встречается оно пока что только в математической теории, а в физической практике не находит себе объяснения. Наиболее детально ныне исследуется сингулярность черной дыры, но считается, что эта область хоть и сжата до бесконечности, это не самая сколлапсированная точка Вселенной.
О сингулярности и черных дырах
В пространственно-временном континууме существуют области, в которых пространство-время значительно искажается и даже разрывается. Это — центры черных дыр, называемые сингулярностями.
В этих точках законы физики сходят с ума. Черная дыра поглощает все, включая свет. Все физические величины приобретают здесь бескопечные значения; кроме тот, черные дыры выполняют функцию входа в другие миры — подпространственного перехода.
Математическая модель этого явления получила название «мост Эйнштейна-Розена». Согласно квантовой механике, мы можем переместиться в параллельный мир при помощи скачка через сингулярность в центре вращающейся черной дыры, где слои вселенной, пересекаясь, образуют подпространственный переход, в конце которого находится белая дыра.
Подпространственный переход соединяет белую и черную дыры, постоянно материализуясь и дематериализуясь. Каждая черная дыра при помощи подпространственного перехода связана с белой дырой. Подпространственные переходы являются машинами времени, не нарушающими принцип причинности.
Скачок сквозь сингулярность вращающейся черной дыры — точку пересечения слоев вселенной — позволяет нам путешествовать назад, вперед и в стороны во времени. Аналогичную природу имеют белые дыры. Разница между черными и белыми дырами состоит в направлении временной последовательности. На квантовом уровне таких понятий, как прошлое или будущее, не существует. Все события происходят и существуют одновременно. Квантовая пена содержит подпространственные переходы, соединяющие между собой все события.
Теория относительности Эйнштейна предполагает, что в пространстве существуют планетарные объекты — так называемые черные дыры, — вокруг которых время и пространство искажаются. Черные дыры — это черные сферы, имеющие так называемый радиус Шварцшильда, или гравитационный радиус, являющийся характерной чертой этого феномена.
Черные дыры вращаются и полностью поглощают свет. Механизм черной дыры подробно объясняют работы физика Роджера Пенроуза.
При входе в сингулярность черной дыры пространство и время обращаются вспять. После выхода из подпространственного перехода через сингулярность белой дыры пространство и время вновь изменяют свое направление на противоположное, и наше восприятие вновь становится нормальным, но теперь мы находимся в параллельном мире!
Если нам каким-то образом удастся пройти через сингулярность белой дыры и вернуться в наш мир, мы увидим, как все вокруг движется вспять. Причем удивление это вызовет только у нас, так как именно наше восприятие превратит этот мир в подобие пущенной в обратную сторону кинопленки.
Пара «черная дыра — белая дыра» может быть использована в качестве машины времени, так как с ее помощью мы можем попасть в наш собственный мир, но только в прошлом или будущем. Это объясняет, каким образом перемещаются во времени хрононавты. Они могут войти в сингулярность на каком-нибудь средстве передвижения (летающей тарелке) и попасть в наш мир в качестве НЛО!
Подпространственный переход связывает также области вселенной, находящиеся на значительном расстоянии друг от друга. Моррис, Торн и Юртсевер утверждают:
«Образование подпространственного перехода, сопровождающееся огромными искривлениями пространства-времени, подчиняется законам квантовой гравитации. Можно предположить, что представители некоей развитой цивилизации могут вытянуть подпространственный переход из квантовой пены и увеличить его до необходимого размера»
((М. S. Morris, К. S. Thorne and U. Yurtsever, Wormholes, Time Machines, and the Weak Energy Condition. — Physical Renew letters, 61 (13) 1988, pp. 1446-1449).)
Итак, путешественник во времени, отправляясь через черную дыру из нашего мира в будущее, видит следующее:
«Черная дыра (начальный этап коллапса звезды, на котором материя сжимается, образуя сингулярность) выглядит черным шаром, висящим в пространстве. Когда путешественник во времени приближается к ее границам (поверхности сферы Шварцшильда), она увеличивается в размерах и свет, пространство и время засасываются в нее.
Световое гало окружает черную дыру, в ее центре видна световая точка. Это — свет из параллельного мира.
Проходя сквозь поверхность Шварцшильда, путешественник во времени одновременно может наблюдать события обоих параллельных миров. Он видит бесконечность. Так как гигантская черная дыра засасывает всю материю, в одно мгновение перед путешественником проходит вся история данного мира.
При входе в другой параллельный мир наблюдается еще одно световое гало, и перед путешественником во времени, вновь проходит вереница только что увиденных им событий, но уже в обратном порядке».
Если бы мы могли увидеть это со стороны, нам бы показалось, что путешественник во времени двигается все медленнее по мере приближения к сингулярности. Это — движение назад во времени. (Но, так как свет полностью поглощается черной дырой, в действительности наблюдения со стороны невозможны.) Причина, по которой это движение в черную дыру занимает так много времени, — горизонт события. Горизонт события — это поверхность или граница черной дыры. Так как для его достижения требуется бесконечное время, этот компонент черной дыры порождает путаницу. Человек, проходящий через черную дыру, при пересечении ее границ воспримет этот отрезок времени как конечный.
Путешественник во времени не может дважды пересечь один и тот же горизонт события. Поток пространства-времени внутри черной дыры вынесет его точно в ее центр. При пересечении горизонта события время обращается вспять. Время нашего мира в черной дыре становится пространством.
Так как черная дыра вращается, она имеет два горизонта событий — внешний и внутренний. Каждый из них изменяет направление течения времени. При пересечении внешнего горизонта события время и все физические законы идут кувырком. С пересечением внутреннего горизонта события мир вновь становится нормальным.
Вращающаяся черная дыра позволяет путешественнику во времени совершить безопасный переход из нашего мира в любой другой параллельный мир. Теоретически, мы можем войти в соседний с нашим параллельный мир, только превысив скорость света. Согласно теории относительности Эйнштейна, это невозможно. Очевидно, путешественникам во времени из нашего будущего удалось разрешить эту проблему.
Космологическая сингулярность
Космологическая сингулярность – теоретическое построение некоего состояния, в котором находилась Вселенная в начальный момент Большого Взрыва. Особенность этого состояния в том, что оно характеризуется бесконечной плотностью и одновременно бесконечной температурой.
Возникновение понятия
Космологическая сингулярность является частным случаем гравитационной сингулярности. Если мы привыкли рассматривать материю как некоторое гладкое и бескрайнее пространство (многообразие), то в области гравитационной сингулярности пространство-время искривляется. В 1915 — 1916 г. великий физик Альберт Эйнштейн опубликовал свою общую теорию относительности, согласно которой гравитационные эффекты существуют не как следствие работы каких-либо сил, возникающих между телами или в полях, а вследствие искажения самого пространства-времени. При помощи своих уравнений Эйнштейн смог описать связь кривизны пространства-времени и материи, которая находится в нем.
Позже, в 1967-м году Стивен Хокинг использовал уравнения Эйнштейна для общей теории относительности, которые описывают динамику Вселенной, чтобы получить их решения для прошедшего времени. То есть он определил состояние Вселенной в изначальный момент ее существования, и доказал, что таковой момент действительно есть.
Гравитационная сингулярность
Положение сингулярности в черной дыре
Точно описать гравитационную сингулярность пока не удается по той причине, что многие известные величины в ее пределах устремляются к бесконечности либо становятся неопределенными. Например, плотность энергии выбранной системы отсчета этой области или скалярная кривизна.
Благодаря трудам физиков-теоретиков мы имеем строгие доказательства того, что в сердцах черных дыр, а именно за горизонтом событий должна располагаться такая гравитационная сингулярность, иначе черная дыры просто не сформировалась бы. К сожалению, наблюдать что-либо находящееся за горизонтом событий невозможно в принципе, хотя есть предположения, что существуют черные дыры, сингулярность которых немного выходит за его пределы и может быть наблюдаема. Космологическая же сингулярность называется «голой», так как теоретически ее можно было бы увидеть.
Свойства, парадоксы и следствия космологической сингулярности
Первое прямое визуальное изображение сверхмассивной черной дыры и ее тени в центре галактики M87
Основные характеристики сингулярности – одновременно бесконечные температура и плотность вещества. Подобное явление можно попытаться представить как сосредоточение бесконечно большой массы в бесконечно малом объеме. Однако согласно физическим расчетам эти две величины не могут одновременно стремиться к бесконечности. Как известно, температура тесно связана с энтропией — мерой хаоса, которая с увеличением плотности может лишь уменьшаться, как собственно и температура.
Сингулярность в представлении художника
К сожалению, на сегодня разработанные физические конструкции не могут объяснить наличие такого явления, как сингулярность, так как в ее области все существующие законы физики не применимы. Как сказал известный физик современности Митио Каку: «мы называем сингулярностью то, что не можем понять».
Похожие статьи
Понравилась запись? Расскажи о ней друзьям!
Нужна ли сингулярность Черной дыре и ОТО?
Нужна ли сингулярность Черной дыре и общей теории относительности?
Солнце, несомненно, сделано из чистого
золота, именно поэтому оно так блестит.
Сингулярная неполнота общей теории относительности
Для общей теории относительности и для физики в целом сингулярность является серьёзной неприятностью. Нет не только более или менее приемлемой теории явления, но оно самим фактом своего существования противоречит всем известным законам физики. То есть, любая существующая или новая теория, которая должна описывать сингулярность, уже изначально будет им противоречить. Сжатое до бесконечной плотности вещество находится в том особом состоянии, которое теоретики описывают как сжатое в пространстве и застывшее во времени.
Парадоксально, хотя сингулярность и не подчиняется известным законам физики, но при этом является неизбежным следствием математического формализма общей теории относительности, её прямым следствием. Её предсказание, не имеющее до сих пор наблюдательного опровержения, оказывает на теорию, так сказать, обратное воздействие, ставя под сомнение истинность теории, которая сама же их и предсказала. Тем самым в связи предсказанием теорией относительности Эйнштейна неизбежности существования сингулярностей в физике возник кризис.
Как в общей теории относительности возникает сингулярность
Математические определения сингулярности в физической литературе встречаются достаточно часто. Но найти объяснение её физической сущности крайне сложно. Например, тело массой М мы можем потрогать, померить и придумать объяснения, почему оно не проваливается сквозь землю. С сингулярностью всё несколько сложнее. Независимо от жесткости вещества тела оно будет коллапсировать до тех пор, пока не будет сжато в сингулярность, то есть точку с нулевыми размерами.
Это довольно абстрактное описание. В нём не видно, откуда берётся такое физическое свойство «иметь нулевой объём». Эта особенность выглядит как постулятивно заложенная в теорию, поэтому его поведение очевидно и никакого другого результата ждать не приходится. Если в той же ньютоновой физике мы сблизим два тела до нуля, то получим такую же бесконечную силу притяжения. Только в ней мы не отвлекаемся от физических размеров тел и не допускаем их бесконечного сближения. В теории относительности, похоже, уравнения никак не учитывают внутреннее физическое, материальное строение вещества.
Во многих описаниях коллапса в сингулярность ссылаются на внутреннее давление среды. Утверждается, что давление газо-пылевой среды не может препятствовать гравитационному притяжению. Однако на пути к нулевой точке есть ещё и молекулярная (атомарная, кварковая) структура вещества. Почему силы сжатия этих структур, которые, очевидно, на много порядков сильнее гравитации, не останавливают движение к сингулярности? Еакова физическая причина, сущность сингулярности?
Гипотеза о вырожденном фермионном газе
Общая теория относительности с полным правом может считаться царицей современной науки. И сингулярность, как известно, именно её порождение. Тем не менее, современные представления о сингулярности крайне неопределённые. Даже сам факт предсказания возникновения сингулярностей в общей теории относительности крайне смутно описывается в научной литературе.
Возникновение горизонта событий не очень-то связано с последующим «схлопыванием» вещества звезды при коллапсе в точку с нулевыми размерами и бесконечно большой плотностью, которое выглядит скорее как простая логическая (?) экстраполяция движения. Во всяком случае, все популярные учебники физики подробно описывают падение в черную дыру, но, если и упоминают, то крайне скудно причины неудержимого движения вещества в точку сингулярности. Но это довольно очевидный вопрос.
Например, при рассмотрении законов Ньютона такая экстраполяция пресекается «на корню». Действительно, два тела притягиваются друг к другу с силой, обратно пропорциональной квадрату расстояния между центрами тел. Казалось бы, что мешает заявить: при нулевом расстоянии тела притягиваются с бесконечно большой силой! Чем тебе не сингулярность по Ньютону? Однако, любой физик сразу же возразит: до нуля дело не дойдёт, поскольку тела задолго до этого упрутся друг в друга своими поверхностями.
Вообще-то, это должно быть хорошей идеей, правильно и вовремя учесть сменившийся характер взаимодействия. Почему бы тогда при уходе поверхности коллапсирующей звезды под горизонт ей не остановится где-то посередине пути из-за того, что элементарные частицы «упрутся» друг в друга? Твердые ньютоновы тела состоят из тех же самых элементарных протонов и нейтронов, что и нейтронная звезда. Конечно, для обычных маломассивных тел сила притяжения недостаточна, чтобы преодолеть силы отталкивания молекул и атомов друг от друга. Но откуда взялась эта идея, что при чрезмерно большой силе сдавливания нейтроны сожмутся до размеров, меньше кварков и ещё намного сильнее?
Но может ли гравитация сжать нейтроны в ядро меньшего диаметра, чем это делают ядерные силы сильного взаимодействия, которые по силе превосходят гравитацию в 10^38 раз (единица с 38-ю нулями)? Возникает крамольный вопрос: а, может быть, сингулярности-то и нет? Может быть, при уходе нейтронной звезды под горизонт, она под действием ядерных сил просто образует новый, специфический элемент периодической системы Менделеева? С громадным атомным (порядковым) номером.
Литературный обзор описаний процесса возникновения сингулярности показал, что в русскоязычной литературе по космологии почти все ссылки прямо или косвенно указывают на один и тот же источник. Это учебное пособие для вузов в 10 томах Л.Д.Ландау и Е.М.Лифшица. И всегда главной, если не единственной причиной возникновения сингулярности в момент коллапса указывается переход нейтронов, образующих нейтронную звезду, в состояние вырожденного фермионного газа.
Вырожденный фермионный газ – это такой газ, на свойства которого оказывают существенное влияние квантово-механические эффекты. Вырожденный фермионный газ – ферми-газ – образуется фермионами, к которым относятся и нейтроны. При некоторых условиях в него и вырождается, то есть, превращается указанный выше нейтронный газ звезды. Очевидно, что нейтроны при сильном сжатии, перейдя в состоянии нейтронной звезды, находятся на столь близком расстоянии, что такое приближение становится очевидным. Считается, что для всякого вещества существует предельное давление, которое оно может оказать при сжатии.
Такое состояние вырожденности газа возникает, в частности, когда плотность достаточно велика, так что соседние частицы начинают «чувствовать» друг друга. На это обстоятельство следует обратить особое внимание. Утверждается, что плотность фактически зависит только от объема газа, поскольку принято, что количество (масса) его неизменна. А из этого прямо следует, что фактическим «источником», инициатором давления является именно объём газа, но никак не физическая структура его «молекул». Другими словами в данной формулировке априорно постулируется либо бесконечно малый объём «ядра» молекулы (нейтрона), в котором, собственно, и сосредоточена вся его масса. Либо постулируется бесконечно малая средняя плотность объёма нейтрона.
Если принять, что нейтрон имеет шарообразную форму, то каждый элементарный объём этого шара имеет нулевую (бесконечно малую) плотность. Всё это прямо следует из утверждения, что давление зависит только от плотности газа. Но этот постулат автоматически допускает сжатие до бесконечности, то есть уже на этом этапе заложены, постулированы основы возникновения сингулярности. Другими словами, сделано утверждение: сингулярность неизбежна, теперь осталось только описать это с помощью уравнений. Как говорится, ответ известен, осталось только подогнать под него решение.
По этой же причине все расчеты, естественно, приводят к результатам, в которых на этапе коллапса сила тяготения существенно превышает силы давления. А раз так, то в этом случае вполне допустимо пренебречь давлением, считать, что частицы на поверхности звезды свободно падают в ее поле тяготения. Никакая упругость вещества не сможет предотвратить гравитационный коллапс.
Поведение вырожденного ферми газа при образовании нейтронных звезд и начале гравитационного коллапса имеет достаточно качественное формальное описание. Хотя зачастую и отмечается, что в этом вопросе не всё выяснено до конца.
При гравитационном коллапсе звезда может образовать белый карлик. При ещё большей массе звезды давление её вышележащих слоев будет так велико, что электроны «вдавливаются» в протоны, образуя нейтроны. При этом и образуется нейтронный вырожденный ферми-газ, давление которого в определённой степени препятствует сжатию вещества звезды.
Как видим, неизбежность возникновения сингулярности опирается на достаточно условный фундамент. Одних только утверждений и выкладок о свойствах вырожденных ферми-газов, всё-таки недостаточно.
Рассмотрим ещё один довод, свидетельствующий, как считается, в пользу сингулярности. При достижении гравитационного предела, звезда становится «невидимой». Следовательно, поверхность звезды однозначно должна быть под горизонтом. Если перед началом коллапса звезда имела существенно больший размер, чем занимает шар с гравитационным радиусом, то сжатие вещества звезды неизбежно.
Однако, если радиус звезды до начала коллапса меньше гравитационного, то нет никаких веских оснований утверждать, что звезда вдруг уменьшила свой радиус. Вполне разумно считать, что в этом случае в момент коллапса радиус звезды и её гравитационный радиус тождественно равны.
Процессы, происходящие сразу после коллапса
Очевидно, что у сверхмассивной черной дыры разницу между сингулярностью и «атомным ядром» по внешним проявлениям «распознать» невозможно в принципе. Что сингулярность, что плотно сжатое нейтронное атомное ядро – всё это скрыто за горизонтом и что там находится на самом деле, не видно.
Но для черных дыр начального, минимального размера разница может оказаться заметной. Как известно, согласно пределу Оппенгеймера-Волкова такой предельный размер черной дыры существует. Это такая максимальная масса нейтронной звезды, при которой давление вырожденного нейтронного газа ещё может компенсировать силы гравитации, не давая звезде коллапсировать в чёрную дыру. Соответственно, для черной дыры такая масса, наоборот, является минимальной.
По современным данным нижний предел массы черной дыры лежит в пределах 2,5—3 солнечных масс, а из известных черных дыр самая маломассивная имеет массу около 3,8 солнечной массы.
Если рассмотреть такую черную дыру с предельно малой массой в 2,5 солнечных, можно обнаружить интересные обстоятельства. Оказывается, что нейтроны с такой общей массой способны «поместиться» в пределах горизонта черной дыры. Поскольку это возможно, у сингулярности исчезают всякие основания. Оказалось, что общий объём нейтронов меньше объёма сферы с гравитационным радиусом, сингулярность не нужна.
Нейтронная звезда просто увеличила свой гравитационный радиус, радиус горизонта за пределы своей физической поверхности. Нет никакого смысла утверждать, что нейтронное вещество стало сжиматься к центру, «падать на сингулярность». Даже при дальнейшем неограниченном росте массы звезды нет веских оснований «давать» нейтронам такую способность уплотнения, сжатия до бесконечности. Горизонт прячет от внешнего наблюдателя тело звезды и представления o сингулярности с бесконечно малым, даже нулевым радиусом выглядит как мистический домысел.
Таким образом, можно утварждать, что представления о сингулярности чрезмерны, плохо обоснованы. Нейтроны при коллапсе нейтронной звезды в черную дыру лишь чуть плотнее «смыкают ряды». При этом не достигается даже плотность атомного ядра. Нужна ли в таком случае черной дыре сингулярность?
Для большей точности можно вычислить это соотношение для ядерной плотности. Как известно, сила гравитации на много порядков слабее сильного ядерного взаимодействия. Расчеты показывают, что нуклоны в ядре должны притягиваться с силой ядерного сильного взаимодействия порядка 10^21 кг (единица с 21 нулями), которая существенно больше силы гравитационное притяжение порядка 10^-14 кг (единица, делённая на десять в 14 степени). Разница громадная.
Но это «перепрыгивание», как утверждает гипотеза сингулярности, происходит чуть ли не одномоментно. Только что, до коллапса нейтроны на поверхности притягивались к центру звезды с относительно малой силой гравитации, и тут же, в одно мгновение притяжение возросло не просто в 10 в степени 38 раз, а многократно больше. Похоже на цирковой фокус, когда из пустой коробки вынимают кролика.
Разумеется, эти шары можно сжать до размеров горошины. Но изначально расстояние между их центрами при таком взаимодействии, очевидно, будет равно нулю. Куда и как приложить силу в одну тонну к этим шарам, чтобы разъединить их? Невозможно представить, чтобы такие эфемерные объекты могли притягиваться со столь непропорциональной силой.
Точно также нуклоны могут притягиваться с силой в 10 в степени 38 раз превосходящей силу гравитации. Для «газовой модели» расстояние между их центрами должно быть, как и в случае с шарами, близко к нулю. Но это явно противоречит экспериментам, поскольку атомные ядра разных веществ имеют разные и достаточно большие размеры.
Довольно условной, надуманной выглядит гипотеза о вырожденном фермионном газе, которая явно сводится к модели, в которой каждый элемент газа – молекула или пылинка – имеют массу, сосредоточенную «массивном ядре» нулевого объёма, и окружены упругой сферой, которая, собственно, и создаёт давление при сжатии.
Сингулярность, возникающая на таком зыбком фундаменте, не может и не должна рассматриваться как физическая реальность. Так как же быть в таком случае с предсказаниями сингулярности общей теорией относительности?
Поступить можно просто. Во-первых, это предсказание – результат не очень хорошо обоснованной экстраполяции движения. Во-вторых, может быть, не следует требовать от геометрической теории – геометродинамики Эйнштейна, общей теории относительности, теории гравитации, которая рассматривает звёзды, галактики и даже их скопления как пыль, описания «химического» состава или свойств материала нейтронов и его поведения при сверхплотном сжатии?
Если исходить из этих предположений, то можно прийти к выводу, что внутри черной дыры плотность вещества не является бесконечно большой, поскольку его объём не стремится к нулю. Напротив, давления плотно сжатого вещества, а это уже, очевидно, не вырожденный фермионный газ, вполне достаточно, чтобы удержать его от дальнейшего сжатия. То есть, можно использовать обычные физические законы для описания этого вещества.
С другой стороны, отвергается главная «страшилка» теории относительности – обрыв геодезических, мировых линий. Проблема предсказания будущего и причинности внутри черной дыры связана лишь с недоступностью этой области для внешнего наблюдателя.
Но в жизни мы по этому поводу не очень-то сокрушаемся. Если мы потеряли связи с нашими знакомыми, это не значит, что они уехали в Чернодырск (ироничное – от черной дыры – название города). Или горизонт Вселенной, принципиально недоступный для наблюдений?
Но тогда как поступить с сингулярностью Большого Взрыва? Ведь общепризнанно и с этим согласился даже Ватикан, что наша Реальность, Бытие возникли в результате взрыва сингулярности. В начале этой статьи я привёл трактовку этого события как рождение Вселенной из «Ничто, Нигде и Никогда». И хотя многие космологи и физики по-прежнему вслух говорят о сингулярности, но тайком, негласно, каждый раз, тем не менее, протаскивают в свои теории нечто, существовавшее до сингулярности: то ли инфлатоны, то ли скалярные поля, то ли квантовые флуктуации чего-то квантового.
Как выглядит рождение черной дыры на анимации
Для наглядности процесс коллапса нейтронной звезды в черную дыру с образованием горизонта событий, гравитационного радиуса показан в виде анимации в начале данной статьи и по адрусу в интернете, URL:
http://samlib.ru/p/putenihin_p_w/singular.shtml
Как видно на анимации, для образования горизонта черной дыры совершенно не нужна никакая сингулярность. Обычный, нормальный объём нейтронов, даже не сжатых до плотности атомного ядра, создаёт тот же самый эффект горизонта. Нужна ли здесь лишняя сущность?