ДЕНЬ РОССИИ
Что такое сингулярность?
9:59, 11 октября 2018

Каждый человек, которому приходилось встречать слово «сингулярность», пытался понять, что же это на самом деле. В переводе с латинского данное слово означает «единственный». Следует отметить, что понятие используется не только в астрономии, но и других науках, поэтому сингулярность может быть гравитационной, математической, биологической и т.д. 


Согласно математическому объяснению термин представляет собой точку, где что-то стремится к бесконечности. Кроме того, существует еще одно объяснение, которое было выдвинуто британцем Аланом Тьюрингом. Он считал, что математическая сингулярность представляет собой модель, за рамками которой нет никакого смысла пытаться что-то предсказывать. 


Если же смотреть с философской точки зрения, то под сингулярностью можно понимать все мироздание в бесконечно малой точке.


Космологическая сингулярность


Здесь понимают состояние, в котором находилась Вселенная во время Большого взрыва. Некоторые ученые придерживаются теории о том, что Вселенная появилась из атома вещества, который характеризовался огромными показателями температуры и плотности. Однако, у такой теории есть немало противников, которые склонны считать, что хаос не может равняться нулю при высоких температурах. Другими словами, в космологической сингулярности не работают законы физики. 


Данное состояние Вселенной было предсказано Альбертом Эйнштейном в его теории относительности. Согласно данной теории не только Солнце и другие большие небесные объекты представляли собой точку, а вся Вселенная была такой. 



Появление Вселенной из сингулярности в результате "Большого Взрыва".


Происхождение из сингулярности Вселенной математически просчитано и признано одной из основных версий возникновения всего. Однако эта гипотеза по-прежнему не способна объяснить некоторые вопросы. Например, сторонники этой версии не могут пока понять, где конкретно находилась точка, из которой появилось все. Кроме того, остается неясным, как в результате "взрыва" возникло такое количество энергии и материи. 


Также не объясняется и неоднородность нашей Вселенной. По законам физики, Вселенная должна была бы прийти к однородности, однако о ней даже не шло и речи в первоначальном газе . 


Учитывая тот факт, что в сингулярности нет физических законов, можно описать все, что происходило только после Большого взрыва, но никак не до него. Космологическая сингулярность была внимательно рассмотрена в 1967 году Стивеном Хокингом. Согласно законам физики нереально, чтобы плотность и температура обладали бесконечными значениями из-за того, что при бесконечности плотности хаос стремиться к нулевому значению, а это невозможно при бесконечно высокой температуре. После серии опубликованных физиком-теоретиком работ, космологическая сингулярность превратилась в одну из ключевых проблем отрасли. 


Гравитационная сингулярность 


Гравитационная сингулярность представляет собой точку в пространстве и времени, сквозь которую нельзя провести геодезическую линию. 


Величины (например, скалярная кривизна или плотность энергии), характеризующие гравитационное поле, при рассмотрении гравитационной сингулярности становятся неопределенными или бесконечными . Согласно теории Альберта Эйнштейна, сингулярность появляется при образовании черной дыры, и ее нельзя обнаружить в том случае, если она находится за горизонтом событий.  Что касается Большого взрыва, то при нем была голая сингулярность, которую можно было бы "увидеть", если оказаться недалеко. Но, поскольку, в современной физике сингулярность описывается только как теоретический объект, то и не было бы возможным наблюдать ее в реальности. 



Черная дыра - сингулярность, окруженная горизонтом событий. Источник изображения: 123rf.com


Все черные дыры обладают двумя характеристиками - сингулярностью, являющейся центром черной дыры и горизонтом событий, находящемся вокруг сингулярности. В черных дырах искривляется и рвется ткань пространства-времени и все известные нам физические законы перестают работать. По мнению некоторых ученых с помощью черных дыр реально переместиться сквозь пространство-время в другую Вселенную. Модель описывающая такое перемещение называется "мостом Эйнштейна-Розена". 



Математическое представление моста Эйнштейна-Розена в виде графика непроходимой кротовой норы Лоренца (Шварцшильда). Источник изображения: wikimedia.org


Согласно этой модели, в сингулярности пересекаются Вселенные, а она образует своеобразный подпространственный туннель, который соединяет между собой черную и белую дыры. Из-за того что сингулярность скрывается за горизонтом событий, то каким-либо образом визуально наблюдать ее невозможно. Однако, теоретиками разрабатываются модели (реалистичные и не очень), при которых обнаружение сингулярности становится возможным. 


Так, согласно одной из теорий, если увеличивать скорость вращения черной дыры, то при достижении определенного порога скорости горизонт событий и сингулярность могут отделиться друг от друга. 



Художественное представление голой сингулярности. Источник изображения: cse.unsw.edu.au


Для того, чтобы разогнать вращение черной дыры будет необходимо дополнительно увеличивать и ее массу, а это практически невозможно из-за существования порога, после которого вращение дыры становится никак невозможным. Но если предположить, что дополнительная масса будет введена в черную дыру, которая уже вращается с очень высокой скоростью или ее вращение только-только началось, то при таких обстоятельствах возможность разгона вращения черной дыры до обнажения ее сингулярности становится возможным. Теоретически в нашей Вселенной есть такие черные дыры, у которых горизонт событий не окутывает сингулярность. 


Технологическая сингулярность 


Данный термин имеет отношение, в первую очередь, к футурологии, стремящейся предопределить будущее. В качестве базы берутся определенные тенденции в технологии, экономике или социальной сфере, после чего осуществляется их экстраполирование. 



Технологическая сингулярность — гипотетический момент, после которого, по мнению некоторых теоретиков, технический прогресс будет настолько стремительным и сложным, что станет невозможным для человеческого понимания. Источник изображения: kaskus.co.id


Согласно теории технологической сингулярности, уже в скором времени наступит момент, когда человеческий разум окажется неспособным понять прогресс. Такое реально только после успешной разработки искусственного интеллекта, который сможет обучать сам себя. Такого же результата стоит ожидать от симбиоза человека и компьютерных технологий. Некоторые ученые считают, что момент технологической сингулярности настанет уже в 2030 году. 


Математическая сингулярность 


В математическом понимании сингулярность - это точка, в которой функция или уравнение стремится к бесконечности. Или же возможны ситуации, при которых функция отличается иными непостоянности поведения. 


Примеры математических сингулярностей: 


1) в (0,0) кривая заданная функцией y^2 = x^3 + x^2 имеет особенность — самопересекается; 



Пример математической сингулярности кривой y^2 = x^3 + x^2 . Источник изображения: dic.academic.ru


2) У функции f(x) = 1 / x есть особенная точка в ноле, там функция стремится к положительной бесконечности в правой части и к отрицательной бесконечности в левой части. 



Пример математической сингулярности на графике функции y=1/x . Источник изображения: dic.academic.ru


Понятие сингулярности в области биологии 


В биологии данный термин применяется крайне редко. Обычно он используется при рассмотрении обобщений в процессе эволюции. 


Таким образом, сингулярность представляет собой неизученное явление. Математические, технологические и биологические варианты обладают осязаемыми параметрами, а вот с отличительными особенностями остальных вариантов все намного сложнее. В теоретической физике тяжело оперировать терминами, которые невозможно пощупать или оценить. Верить результатам математических расчетов есть смысл только тогда, когда изучаемые объекты материальны. Это существенно усложняет изучение сингулярности, ведь она не только не материальна, но и не доказана на данный момент. Поэтому даже ее теоретическое использование остается под вопросом. 


https://zen.yandex.ru/media/popsci/chto-takoe-singuliarnost--5baf1e3fa94f3f00aee2af2c

Комментарии