Nøgen singularitet

Nøgen singularitet er et hypotetisk begreb om generel relativitet (GR ) , der betegner en gravitationssingularitet uden en begivenhedshorisont . I et klassisk sort hul ved en singularitet er tyngdekraften så stærk, at lys ikke kan undslippe begivenhedshorisonten, og objekter inde i begivenhedshorisonten, herunder selve det sorte hul, kan derfor ikke direkte observeres. Nøgen singularitet, hvis den eksisterer, kan tværtimod observeres udefra.

Det teoretiske bevis for eksistensen af nøgne singulariteter er af stor betydning, da det betyder, at det i princippet er muligt at observere sammentrækningen af et objekt til en uendelig tæthed . Dette ville også bidrage til løsningen af de grundlæggende problemer i den almene relativitetsteori, eftersom den generelle relativitetsteori ikke kan give forudsigelser om den fremtidige udvikling af rum-tid nær en singularitet. I tilfælde af "almindelige" sorte huller er dette ikke et problem, da en ekstern observatør ikke kan observere rum-tid inde i begivenhedshorisonten.

Nogle undersøgelser (2005) viser, at hvis teorien om løkkekvantetyngdekraften er korrekt , så kan nøgne singulariteter eksistere i naturen [1] [2] [3] , forudsat at princippet om kosmisk censur ikke er opfyldt. Numeriske beregninger [4] og nogle andre argumenter [5] peger også på en sådan mulighed.

Til dato er nøgne singulariteter ikke blevet opdaget.

Oprindelseshypotese

I konceptet med roterende sorte huller er det vist, at en hurtigt roterende singularitet kan blive en ringformet genstand . Dette resulterer i to begivenhedshorisonter samt en ergosfære , som konvergerer, efterhånden som singularitetens spin øges. Når de ydre og indre begivenhedshorisonter smelter sammen, krymper de ind i en roterende singularitet og forsegler til sidst resten af universet.

En hurtig nok roterende singularitet kan være resultatet af sammenbrud af støv eller en supernova .

Den nøgne singularitet er et eksempel på matematisk kompleksitet (krympende til uendelig tæthed), der demonstrerer et dybere problem med at forstå denne fysiske proces. En acceptabel løsning på dette problem skulle hjælpe med at finde den endnu uudviklede funktionelle teori om kvantetyngdekraften .

Metrics

Begivenhedshorisontens forsvinden eksisterer i Kerr-metrikken , som beskriver et snurrende sort hul i et vakuum. Især hvis dens vinkelmomentum er stor nok, vil begivenhedshorisonten forsvinde. Ved at konvertere Kerr-metrikken til Boyer-Lindqvist-koordinater , kan det vises [6] at koordinaten (som ikke er en radius) for begivenhedshorisonten $r$

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

hvor , og . I dette tilfælde betyder "forsvindende begivenhedshorisont", at løsningerne er komplekse for , eller . $\mu =GM/c^{{2}}$ $a=J/Mc$ $r_{{\pm ))$ $\mu ^{{2}}<a^{{2}}$

Forsvinden af begivenhedshorisonten kan også ses i Reissner-Nordström-metrikken for et ladet sort hul. I denne metrik kan man vise [7] at en singularitet opstår når

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

hvor , og . Af de tre mulige tilfælde for relative værdier og , i det tilfælde hvor , er begge værdier komplekse. Det betyder, at metrikken er regulær for alle positive værdier af , eller med andre ord, singulariteten har ingen begivenhedshorisont. $\mu =GM/c^{{2}}$ $q=GQ^{{2}}/(4\pi \epsilon _{{0}}c^{{4}})$ $\mu$ $q$ $\mu ^{{2}}<q^{{2}}$ $r_{{\pm ))$ $r$

Effekter

Tilstedeværelsen af en nøgen singularitet ville gøre det muligt for videnskabsmænd at observere et objekt, der krymper til uendelig tæthed, hvilket er umuligt under normale omstændigheder. Ifølge en række skøn vil fraværet af en begivenhedshorisont tillade blotte singulariteter at udsende lys [8] . Samtidig fastslår princippet om kosmisk censur , formuleret i 1970 af Roger Penrose , at en nøgen singularitet ikke kan opstå i vores univers under virkelige begyndelsesforhold.

I science fiction

Michael Harrisons sci - fi-trilogi Space ) udforsker nøgne singularitet .
"Dark Peril" af James Glass (publiceret i Astounding Science Fiction , marts 2005) beskriver situationen, når besætningen på et rumfartøj kommer ind i ergosfæren af et sort hul eller singularitet, og hvordan de kommer ud af denne tilsyneladende håbløse situation.
I rumoperaserien "Xeelee Sequence" af Stephen Baxter beskrives en massiv ring, der skaber en nøgen singularitet. Det bruges af operaens helte til at flytte til et andet univers.
I den amerikanske science fiction-tv-serie Battlestar Galactica, i episoden med titlen "Daybreak" (2004), kredser Cylon-kolonien om en nøgen singularitet.
I Peter Hamiltons The Night 's Dawn- trilogi fremstår den "sovende gud" som en nøgen singularitet.
I computerspillet Space Station 13 genererer stationens thrustere strøm fra en lille, nøgen singularitet.

Se også

Noter

↑ M. Bojowald, Living Rev. Rel. 8, (2005), 11 Arkiveret 21. december 2015.
↑ R. Goswami & P. Joshi, Phys. Rev. D , (2008) Arkiveret 1. august 2020 på Wayback Machine
↑ R. Goswami, P. Joshi og P. Singh, Phys. Rev. Letters , (2006), 96 Arkiveret 1. august 2020 på Wayback Machine
↑ D. Eardley & L. Smarr, Phys. Rev. D. , (1979), 19 Arkiveret 7. juni 2020 på Wayback Machine
↑ A. Krolak, Prog. Theor. Phys. Supp. , (1999) 136, 45 Arkiveret 2. oktober 2011 på Wayback Machine
↑ Hobson, et. al, General Relativity an Introduction for Physicists , Cambridge University Press 2007, s. 300-305
↑ Hobson, et. al, General Relativity an Introduction for Physicists , Cambridge University Press 2007, s. 320-325
↑ Stephen Battersby . Gemmer en 'nøgen singularitet' i vores galakse? , New Scientist (1. oktober 2007). Arkiveret fra originalen den 30. august 2008. Hentet 6. marts 2008.

Litteratur

MC Werner og AO Peters, "Magnification relations for Kerr linsing and testing cosmic censurship" , Physical Review D , Vol. 76, hæfte 6 (2007).
Pankaj S. Joshi, "Bryder nøgne singulariteter fysikkens regler?" Arkiveret fra originalen den 25. maj 2012. , Scientific American , januar 2009.
Marcus Chown, "Hurtigt-spinning sorte huller kan afsløre alt" New Scientist , august 2009.