Все события, происходящие вокруг нас, все объекты, которые мы видим, да и весь окружающий мир в целом существует в системе пространство-время. Всё это составляет пространственно-временной континуум, что в переводе с латинского означает «непрерывный». Но всё же существуют области, где пространство-время обрывается. Там перестают действовать привычные законы физики, время выглядит иначе, да и пространства в привычном понимании нет. Эти области — гравитационная сингулярность.
Что собой представляет сингулярность?
Условно сингулярность часто изображают в виде точки по центру чёрной дыры. По сути, это область, где гравитация настолько сильна, что обрываются все привычные понятия о пространстве и времени, а большинство физических теорий становится неприменимо.
Когда звезда остывает, её внутреннее давление уменьшается. Она начинает сильно сжиматься, и если это сжатие на определённом этапе не останавливается, то происходит гравитационный коллапс, приводящий к образованию чёрной дыры. Таким образом, чёрные дыры представляют собой объекты, плотность которых слишком высока по сравнению с их размерами. Они могут иметь массу, сопоставимую с массой звезды или же с миллионами звёзд, но это повлияет только на размер области вокруг чёрной дыры, где есть одна только гравитация, и ничто не может покинуть это пространство. Эта область называется горизонтом событий вокруг чёрной дыры, и её ограничивает радиус Шварцшильда.
Хотя часто можно услышать, что в сингулярности «физические законы не действуют» это не совсем так — просто большинство законов здесь неприменимы, наподобие невозможности использовать принципы классической механики в мире квантовых частиц. Чтобы лучше разобраться в том, что собой представляет сингулярность, можно попробовать представить пространственно-временной континуум. В привычном понимании, укрепившемся со времён появления Декартовой системы координат, пространство выглядит как три перпендикулярных оси — высота, длина, ширина. А время существует как бы отдельно от этой системы — часто его изображают просто в виде прямого луча где-то отдельно от пространственной системы координат. Переворот в этом привычном представлении произошёл после того, как Эйнштейном была предложена концепция единого пространственно-временного континуума.
Если представить двухмерное пространство в виде сетки, а затем поместить в него некоторую массу (её можно вообразить как некий тяжёлый шар), то эта воображаемая сетка как бы «прогнётся» под его весом. Таким образом, все объекты, оказавшиеся на этой сетке, будут стремиться к месту, где образовался прогиб, как бы скатываясь к этому шару. Это позволяет взглянуть на сущность гравитации по-другому: она может рассматриваться как геометрическое свойство пространства-времени, его искажение. Представьте, что маленький шар как бы движется по этой изогнутой большим шаром сетке. Перемещение маленького шара — это процесс, происходящий во времени, таким образом, время тоже как бы тоже «изгибается» вместе с пространством. Таким образом, представление о времени как о прямом луче — это просто некая абстракция. На самом деле время объединено с пространством и также может «изгибаться».
Так вот, если представить, что на воображаемую сетку «бросили» слишком уж тяжёлый объект, то несложно предвидеть и последствия этого действия — сетка порвётся, и появится дыра. То же происходит и с пространством-временем, если в нём образуются сверхмассивные объекты — чёрные дыры, гравитация внутри которых слишком сильна. Происходит «прорыв» системы пространство-время, а эта своеобразная «дыра» — и есть сингулярность. Поэтому в этой точке и перестаёт существовать время и пространство в привычном их понимании. В каком-то смысле сингулярность можно назвать областью «нигде и никогда».
Но что же всё-таки там, за горизонтом событий? Учёные предполагают, что сингулярность может соединять одну область мира с какой-то другой и служить своеобразным «туннелем». Тем не менее, это пока ещё лишь гипотеза, а о том, что там может быть на самом деле, остаётся лишь догадываться.
Наша миссия — популяризовать науку, чтобы сделать человечество чуточку лучше. Вы можете помочь! Просто подпишитесь и поставьте лайк под этой публикацией. Почитайте другие публикации про космос на нашем канале.