Что такое сингулярность и почему это важно

Сингулярности — явления, где законы физики перестают работать, а привычная математика сталкивается с бесконечностями. Эти концепции возникают не только в теории, но и в практических моделях Вселенной. Сингулярности появляются там, где математические уравнения, описывающие физические процессы, приходят к бесконечно большим значениям.

Фото: ESO by M. Kornmesser, CC BY 4.0

Квазар

Примеры подобных случаев можно найти в разных областях науки, но наиболее известными являются гравитационные сингулярности, возникающие в рамках общей теории относительности.

В теории Эйнштейна сингулярности встречаются в двух формах: координатных и истинных. Координатные исчезают при смене системы отсчёта, как это происходит с радиусом Шварцшильда, который описывает чёрные дыры.

Однако истинные сингулярности, например те, что находятся в центре чёрных дыр, представляют собой зоны, где гравитация становится бесконечно сильной, а математика перестаёт описывать реальность.

Другая известная сингулярность связана с Большим взрывом. Теория предполагает, что около 13,8 миллиарда лет назад вся материя и энергия Вселенной были сжаты в бесконечно малую точку. Современная физика не может объяснить, что происходило в этот момент, указывая на необходимость новой теории, которая объединит квантовую механику и гравитацию.

Существуют гипотезы, которые стремятся заменить или уточнить общую теорию относительности. Среди них теории причинных множеств, предполагающие, что пространство и время состоят из дискретных единиц, что исключает возможность бесконечно малых точек. Эти идеи пока остаются гипотетическими, но они дают надежду на новые открытия.

Сингулярности напоминают о том, что границы человеческих знаний всё ещё ограничены. Они вдохновляют на поиск ответов и развитие науки.

Уточнения

Сингуля́рность (от лат. singularis «единственный, особенный») — область пространства-времени, через которую невозможно гладко продолжить входящую в неё геодезическую линию.