что такое сингулярная точка
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.
Что такое Сингулярность
Сингулярность определяется по-разному. Это и:
Слово «сингулярность» происходит от латинского «singularis» — отдельный, особый, единственный в своём роде, исключительный, выдающийся.
Антоним: плюрализм, синонимы: исключительность, единственность.
Понятие «сингулярность» встречается в разных областях науки и в каждой имеет разное значение.
Гравитационная сингулярность
Также называется «сингулярность пространства-времени». Это точка, которая располагается в пространстве-времени и через неё невозможно проложить ровно геодезическую линию (самая короткая линия, что соединяет две точки пространства).
Часто величины, которые описывают гравитационное поле, становятся бесконечными или неопределёнными из-за гравитационной сингулярности.
Космологическая сингулярность
Является состоянием Вселенной в момент Большого взрыва: это состояние нашей Вселенной в прошлом, когда плотность энергии материи и кривизна пространства-времени были очень велики или даже бесконечны.
Состояние, в котором эта плотность энергии материи оставалась высокой и последующий этап эволюции Вселенной.
Точка сингулярности и момент Большого взрыва
Точка сингулярности — это единица пространства-времени, где находилась вся материя, которая существует в нашей Вселенной.
Под словом «материя» имеется в виду и космическое пространство (миллиарды астрономических единиц), и время (как пространственное измерение).
Точка сингулярности начала расширяться, температура внутри неё падала, и частицы отталкивались друг от друга. Таким образом, время отсоединилось от остальных измерений и прекратило быть единицей пространства.
Учёные отметили, что галактики непрерывно отдаляются друг от друга. Это означает, что на данный момент мир продолжает расширяться и процесс Большого взрыва ещё не закончен. Учёные объясняют это присутствием антитяготения; оно и определяет данную динамику расширения Вселенной.
Чёрные дыры
Чёрные дыры состоят из двух основных частей. Внешний слой чёрной дыры называется «горизонт событий».
Если какой-то объект не смог избежать гравитации чёрной дыры до того, как он попал в горизонт событий, то после этого ему уже не уйти.
В этом слое гравитация очень сильная и не отпускает ничего, что бы ни захватила. В этот момент объекты начинают падать к центру чёрной дыры. Как раз центр чёрной дыры и называется «сингулярность».
Это просто сложное слово, которое означает «раздавленная звезда». Сингулярность — это место в чёрной дыре с самой сильной гравитацией.
Фридманская сингулярность
Фридманская сингулярность стала результатом работы Фридмана в 1922 г. Но в то время её узнали не как «сингулярность пространства-времени», а скорее как «уравнение Фридмана». И в течение нескольких последующих десятилетий её понимали как «масштабный коэффициент».
Только в начале шестидесятых годов прошлого века смогли сформулировать определение сингулярности пространства-времени как геодезической неполноты.
Она является не только самой известной сингулярностью в космологии, но вместе с сингулярностью Шварцшильда служит своеобразным прототипом всех сильных сингулярностей.
Карл Шварцшильд (немецкий физик и астроном) был одним из наиважнейших людей в развитии теоретической астрофизики, представил научному обществу открытия в общей теории относительности, в квантовой механике и не только.
Карл Шварцшильд открыл очень точное решение уравнений Эйнштейна (которое указывало на существование чёрных дыр, оно впоследствии стало именоваться решением Шварцшильда).
Технологическая сингулярность
Это теория о значительном технологическом развитии, которое будет таким стремительным, что искусственный интеллект превзойдёт человеческий и даже будет способен на самомодификацию (способность создавать или изменять часть своего программного кода, т. е. сам себя изменяет).
Сингулярность в философии
В философии трактовка этого термина означает единственность существа, явлений и событий.
Это всё мироздание, которое заключено в точку, и её размер стремится к нулю. Вся сущность Вселенной помещается в одном миниатюрном атоме (жизнь, сознание, эмоции).
Французский философ Жиль Делёз (1925–1995 гг.) сравнивает слово «сингулярность» в своих работах со словом «событие».
Математическая сингулярность
Сингулярность в математике — это точка, в которой функция не определяется и стремится к бесконечности или функция имеет какие-то нерегулярности в своём поведении.
Биологическая сингулярность
Зачастую это понятие употребляется для обобщения процесса эволюции. Биологическая сингулярность связана с биологической эволюцией и математической сингулярностью.
Для человеческого вида самым главным фактором эволюции стало познание. Причина, по которой познавательная способность стала наиболее важным фактором для ускорения эволюции, проста: прирост знаний линейно зависит от уже существующих знаний.
Сингулярность в психологии
Наука не стоит на месте и исследует наш разум и психику в постоянно меняющихся условиях. Предположения о будущем человечества, которые сделали психологи, выглядят немного фантастическими.
В психологии сингулярный разум — это единичный коллективный субъект, в которого, как предполагают некоторые психологи, в будущем эволюционирует человек.
Возможные этапы развития сингулярного разума:
Смотрите также, что такое Философия и Космология.
Сингулярная точка
Смотреть что такое «Сингулярная точка» в других словарях:
СИНГУЛЯРНАЯ ТОЧКА — точка, соответствующая на диаграмме состояния (рис. С 3) химическому соединению с максимальными или минимальными значениями «Концентрация свойства» (в данном случае перелом кривой). Скачкообразное изменение свойств при изменении… … Металлургический словарь
сингулярная точка — singuliarusis taškas statusas T sritis chemija apibrėžtis Būsenos diagramos taškas, vaizduojantis termiškai nedisocijuojančių junginių lydymąsi. atitikmenys: angl. singular point rus. сингулярная точка … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
Сингулярная точка — точка, соответствующая на диаграмме состояния химическому соединению с максимальными или минимальными значениями «Концентрация свойства» (в данном случае перелом кривой). Скачкообразное изменение свойств при изменении состава называется… … Энциклопедический словарь по металлургии
сингулярная точка — [singular point] точка на диаграмме состав свойство, соответствующая образованного недиссоциированного соединения (Смотри также Диаграмма состояния); Смотри также: Точка тройная точка … Энциклопедический словарь по металлургии
Сингулярная точка — … Википедия
точка Нееля — [Neel point] температура фазового перехода II рода, при которой в антиферромагнетике исчезает антипараллельная ориентировка спинов, и он становится парамагнетиком. Названа по имени француского физика Л. Э. Нееля, предсказавшего в 1936 г. такой… … Энциклопедический словарь по металлургии
точка Кюри — [Curie point] температура фазового перехода II рода, выше которой ферромагнитные материалы превращаются в парамагнитные (Смотри Ферромагнетизм). В точке Кюри наблюдается аномальное изменение ряда физических свойств (теплоемкости, коэффициента… … Энциклопедический словарь по металлургии
точка росы — [dew point] температура, до которой должен охладиться воздух, чтобы содержащийся в нем водяной пар достиг насыщения; Смотри также: Точка тройная точка точка Нееля … Энциклопедический словарь по металлургии
Точка — [point]: Смотри также: тройная точка точка Нееля сингулярная точка критическая точка точка Кюри точка росы … Энциклопедический словарь по металлургии
критическая точка — [critical point] критическая точка A1 [A1 critical point] температура превращения перлита ↔ аустенит в равновесной системе Fe Fe3C; критическая точка A2 [А2 critical point] температура, соответствующая точке Кюри феррита; критическая точка A3 [A3 … Энциклопедический словарь по металлургии
Сингулярность
Сингуля́рность от лат. singularis — единственный, особенный:
См. также
 | Список значений слова или словосочетания со ссылками на соответствующие статьи. Если вы попали сюда из другой статьи Википедии, пожалуйста, вернитесь и уточните ссылку так, чтобы она указывала на статью. |
Полезное
Смотреть что такое «Сингулярность» в других словарях:
сингулярность — единственность, исключительность Словарь русских синонимов. сингулярность сущ., кол во синонимов: 2 • единственность (17) • … Словарь синонимов
сингулярность — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN singularity … Справочник технического переводчика
СИНГУЛЯРНОСТЬ — одно из понятий, складывающееся в современной философии. Понятие возникает как попытка разрешения некоторых противоречий, рождающихся в результате прояснения сущности конкретного, единичного, а также сущности отношения единичного и множественного … Современный философский словарь
сингулярность — singuliarumas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. singularity vok. Singularität, f rus. сингулярность, f pranc. singularité, f … Fizikos terminų žodynas
СИНГУЛЯРНОСТЬ — космологическая (от лат. singularis отдельный, особый), состояние Вселенной в определённый момент времени в прошлом, когда плотн. энергии материи и кривизна пространства времени были очень высоки (физ. С.) или даже бесконечны (матем. С.). Это… … Естествознание. Энциклопедический словарь
Сингулярность — область пространства с необычными, предельными свойствами по большинству физических параметров. Согласно модели «большого взрыва» начало Вселенной произошло из сингулярной области, сингулярности … Начала современного естествознания
сингулярность — сингул ярность, и … Русский орфографический словарь
Сингулярность — начальное сверхплотное состояние Вселенной (см. Модель Вселенной) … Концепции современного естествознания. Словарь основных терминов
сингулярность — см. сингулярный; и; ж. Описать мир как систему сингулярностей … Словарь многих выражений
СИНГУЛЯРНОСТЬ КОСМОЛОГИЧЕСКАЯ — (от лат. singularis отдельный … Физическая энциклопедия
Существует ли сингулярность: от теории к фактам
Валерий Витальевич Васильев — российский ученый, академик РАН и специалист в области механики. На протяжении многих лет он изучает сингулярность решений прикладных задач, доказывая, что этот феномен — ни что иное как результат некорректности математической модели изучаемого явления или процесса. Попробуем разобраться в этом — существует ли сингулярность в реальности или она является формальным математическим результатом, не имеющим физического содержания.
Сразу отметим, что этот материал рассказывает об альтернативной концепции сингулярности. И её автор понимает, что она идёт вразрез с установившимися в науке концепциями. Соглашаться с ней или не соглашаться — личное дело каждого, но если вы не просто несогласны, но ещё и готовы своё несогласие аргументировать, мы приглашаем вас к дискуссии. А теперь обо всём по порядку.
Одна из наиболее распространенных сингулярностей связана с Черными дырами — загадочными областями пространства-времени, гравитационные аномалии которых привлекают к себе внимание ученых по всему миру. Теоретическая возможность существования подобных астрономических объектов, основанная на сингулярном решении сферически симметричной задачи общей теории относительности, обсуждается еще с начала прошлого века. Однако в связи с концепцией, согласно которой Черные дыры являются реально существующими объектами, сингулярность решения, из которого они следуют, связана с гораздо более общей проблемой — проблемой реальности сингулярных решений прикладных задач. Решению этой проблемы посвятил свою работу Валерий Витальевич Васильев — советский и российский ученый, академик РАН, специалист в области строительной механики, теории упругости и проектирования конструкций из композитных материалов.
Сингулярность: что это такое
Валерий Витальевич Васильев
Как известно, исследование реальных процессов и явлений всегда осуществляется в рамках их физических моделей, описываемых некоторыми уравнениями, образующими математическую модель. Эти модели соответствуют реальности лишь приближенно, поскольку исследователи традиционно не учитывают множество второстепенных факторов, значительно усложняющих анализ. Если при решении уравнений, описывающих математическую модель, не привлекается дополнительных упрощений, то получаемое решение считается точным. Однако это справедливо только в отношении модели и только в рамках традиционного математического анализа, допускающего возможность существования бесконечно малых и бесконечно больших величин. Последние и появляются в сингулярных решениях в так называемых точках сингулярности.
Сингулярность — это свойство функций обращаться в бесконечность в отдельных точках. В 1916 году немецкий астроном Карл Шварцшильд представил решение уравнений общей теории относительности для задачи о гравитации, создаваемой покоящимся шаром. В последующей интерпретации решения Шварцшильда была обнаружена поверхность в пространстве, на которой гравитация оказывается бесконечно большой, т. е. имеет место сингулярность иногда называемая сингулярностью Шварцшильда.
Следует обратить внимание на то, что большинство исследователей, по словам Валерия Васильева, придерживается умеренной трактовки сингулярности, согласно которой решение считается справедливым везде за исключением точки сингулярности, в которой оно не соответствует реальности. Именно такой интерпретации придерживался и создатель теории относительности Альберт Эйнштейн, с восторгом встретивший решение Шварцшильда. Великий физик полагал, что в окрестности точки сингулярности его теория не описывает гравитацию и, как следствие, применять ее в данном случае некорректно.
Академик Васильев отмечает, что с примерно с 60-х годов XX века ситуация в физике радикально изменилась: возобладало мнение, что сингулярность реально существует в природе. В результате этого были введены астрономические объекты, названные Черными дырами, обладающие бесконечно большой гравитацией. Согласно одной из современных интерпретаций решения задачи Шварцшильда, Черная дыра — это сферическая область пространства, в центре которой сосредоточена масса и где решение сингулярно. Эта центральная точка окружена сферой, радиус которой rg зависит от массы — это так называемый радиус горизонта событий Черной дыры. Если наблюдатель каким-то образом проникнет за грань горизонта событий, дальнейшее движение будет возможно только к центру. Обратное движение невозможно даже для света и Черная дыра невидима.
Однако, поскольку сосредоточение массы в точке (в абстрактном, сугубо математическом объекте) представляется нереалистичным, возможна и другая концепция, согласно которой в центре гипотетической Черной дыры находится шар. Согласно решению задачи Шварцшильда для шара, состоящего из идеальной жидкости, в центре этого шара сингулярность отсутствует — она смещается на поверхность шара R = rg и, как следствие, гравитация на этой поверхности становится бесконечно большой. Благодаря этому Черная дыра становится невидимой: гравитация так велика, что вторая космическая скорость на поверхности шара становится равной скорости света и фотоны не могут покинуть эту поверхность.
Две возможные концепции Черной дыры
Валерий Васильев отмечает, что в настоящее время основное внимание уделяется «внешней задаче Шварцшильда» для окружающего шар пространства и практически не обсуждается «внутренняя задача» для области внутри шара. Однако для получения полного решения необходимо решить обе эти задачи и удовлетворить граничные условия на поверхности шара. Существенно, что в общем случае система уравнений, предложенных Эйнштейном, отличается не только сложностью, но и отсутствием полной взаимной независимости — независимы друг от друга лишь 6 из 10 уравнений, включающих 10 неизвестных функций. Остальные 4 уравнения пока остаются неизвестными, несмотря на многочисленные попытки выдающихся ученых получить их. Таким образом, неизвестных в системе больше, чем уравнений — система Эйнштейна осталась незавершенной. Для получения решения задачи о шаре неполная система исходных уравнений Эйнштейна (их в этом случае три, но взаимно независимыми являются только два, включающие три неизвестных функции) должна быть дополнена еще одним уравнением. В настоящее время это дополнение осуществляется таким образом, что внешнее решение, являющееся сингулярным, получается независимо от внутреннего решения. Но этого не должно быть — внешнее решение должно сшиваться с внутренним на поверхности шара. Если продолжить анализ и построить внутреннее решение, то можно обнаружить, что при введенном дополнительном уравнении граничное условие на поверхности шара не выполняется. Это условие можно изменить так, чтобы граничное условие выполнялось. Но тогда решение не является сингулярным и определяет не Черные дыры, а так называемые Темные звезды, теоретически открытые в конце 18 века Джоном Мичеллом и Пьером-Симоном Лапласом. Они также невидимы, но не обладают всепоглощающей сингулярностью и их гравитация описывается уравнениями общей теории относительности.
Сингулярность в механике сплошной среды — теории и факты
Большое количество сингулярных решений известно в механике твердого деформируемого тела. Например, в задаче об изгибе круглой мембраны (пленки, натянутой на барабан) силой, приложенной в центре, прогиб мембраны в центре оказывается бесконечно большим. Несоответствие с реальностью связано с неадекватностью традиционной физической модели мембраны, согласно которой она не обладает изгибной жесткостью. Если эту жесткость учесть, сингулярность исчезает и решение полностью согласуется с экспериментом.
В задаче о растяжении пластины с трещиной существующее решение дает на концах трещины бесконечно большие напряжения при сколь угодно малой нагрузке, действующей на пластину. Теоретически хрупкие тела с трещинами существовать не могут, однако это не так — оконное стекло с трещиной может служить долго. Для преодоления этого противоречия построена специальная наука — механика хрупкого разрушения, которой посвящена обширная литература. Однако дело оказалось не в теории, а в математической модели сплошной среды, основанной на классическом дифференциальном исчислении, допускающим существование бесконечно малых и бесконечно больших величин. Если построить его модификацию, не допускающую существование бесконечно малых и больших, величин, то такая модель сплошной среды исключает появление сингулярных решений и приводит к результатам, хорошо согласующимся с экспериментальными.
Подводя итог, следует отметить, что в свете всего вышесказанного само существование сингулярности в реальном мире видится академику Васильеву нереалистичным. Он объясняет интерес к сингулярным решениям кажущейся математической строгостью и совершенством — но математика, основанная законах логики, увы, не всегда соответствует действительности, и для науки гораздо важнее полагаться на истину, критерием которой в прикладных задачах является эксперимент.