Сингулярность что это простыми словами


Слово сингулярность в переводе с латинского означает единственный или особенный. Однако это не раскрывает всей сути понятия, да и не такого объяснения вы ждали, открывая эту статью. Термин сингулярность используется во многих науках: космология, физика, математика и даже биология, а также в области технологий. Оно обозначает что-то действительно особенное, уникальное, порой даже непостижимое. Во всех сферах это понятие обозначает разные вещи, но суть всегда одна. Давайте рассмотрим все виды сингулярности поподробнее.

Сингулярность

Космологическая сингулярность

Скорее всего, это слово ассоциируется у вас именно с данным термином.


о обозначает начало времен, источник Большого взрыва. Тот самый момент, когда вся Вселенная (согласно теории, конечно же) представляла собой безразмерную точку с бесконечной плотностью. Космологическая сингулярность – частный случай гравитационной (о ней позже). Именно об этом говорится в Теории относительности Эйнштейна. Довольно сложно представить, как огромные небесные тела, да и вся материя может сколлапсировать в бесконечно малую точку, но еще более невероятным кажется то, что все наше мироздание могло «родиться» из нее. Сегодня большинство ученых поддерживают ОТО в этом вопросе, так как она является самой правдоподобной теорией появления всего живого. Она подкреплена исследованиями и вычислениями, поэтому нельзя сказать, что это лишь предположение. Но, как и любая другая теория, ОТО не лишена минусов, и существует еще много вопросов, на которые она не может дать ответа, например:

  • Где находилась космологическая сингулярность до Большого взрыва, если пространства не существовало? На киношном зеленом фоне? Вряд ли.
Космологическая сингулярность

  • Она обладала бесконечно большой температурой и плотностью, что выдало колоссальное количество энергии и материи, но откуда они вообще там взялись?
  • Почему сама Вселенная противоречит законам физики, являясь неоднородным объектом, хотя должна быть таковым?
  • Понятно, что законы физики не действуют на сингулярность, но чему тогда она подчиняется?

Хоть бесконечная плотность и температура не могут существовать в нашем мире, они действительно могли быть у сингулярности, и с этим соглашается множество ученых, включая Стивена Хокинга. Именно его расчеты и исследования позволили «открыть» космологическую сингулярность в 67-ом году. Естественно, что это еще ничего не доказывает, но результаты были убедительными. Хокинг первым сказал, что на сингулярность не действуют законы физики, так как при такой плотности энтропия будет стремиться к нулю, что противоречит бесконечно большой температуре. Проще говоря, одно с другим никогда не сможет существовать в рамках законов физики.

Космологическая сингулярность

Также на повестке дня остается вопрос: «А что было до Большого взрыва?». Ни одно явление нашего мира не может на него ответить, но ученых это не останавливает, и они выдвигают свои предположения. Одна из теорий, рассуждающих на эту тему, – петлевая квантовая гравитация. Можете ознакомиться, если интересно. Но у нее достаточно много противников, так как некоторые считают, что квантовые эффекты способны нарушить условие энергодоминантности. То есть, существует мнение, которое говорит: если КПГ верна, то Хокинг был неправ и все, что мы знаем про космологическую сингулярность, не более чем ошибка.

Гравитационная сингулярность

По сути своей она мало чем отличается от предыдущей, но вполне может существовать в нашем мире. Гравитационная сингулярность представляет собой точку в пространстве-времени (хотя бы не на хромакее), которая существует в нашем мире. Это бесконечно малая точка, через которую нельзя провести геодезическую прямую. Ее плотность и кривизна гравитационного поля стремятся к бесконечности, а сама она находится внутри черной дыры. То есть таких точек во Вселенной может быть очень и очень много.

Гравитационная сингулярность

Сингулярность невозможно увидеть не только из-за ее бесконечно малого размера, но и из-за того, что она находится за горизонтом событий черной дыры. Так как мы уже знаем, что черные дыры 100% существуют, то и гравитационные сингулярности тоже могут. Но проверить это пока не представляется возможным. Да и вряд ли когда-нибудь у нас будут технологии, позволяющие заглянуть за горизонт событий и при этом не быть разорванным на ошметки.

О том, что происходит внутри черной дыры, сказать сложно. Даже сам свет искривляется, попадая туда. Да что там свет, любая материя и даже само пространство-время. Вы наверняка слышали предположения о том, что черные дыры могут являться червоточинами, кротовыми норами, через которые можно путешествовать. Они возникли из-за того, что там буквально происходит разрыв пространственно-временного континуума. То есть, если туда войти, то, наверное, можно выйти где-нибудь на другом конце Вселенной. Эта тема достаточно интересная, и там действительно есть, о чем рассказать. Если хотите узнать о ней поподробнее, вы знаете что делать (комменты внизу, только сначала дочитай).

Сингулярность

Есть одно немного безумное предположение о том, как можно увидеть гравитационную сингулярность. Говорят, что, если «раскрутить» черную дыру до огромной скорости (даже по меркам Вселенной), то она может отделиться от горизонта событий. Как пробку от бутылки открутить, в общем. И тогда мы сможем рассмотреть ничем не прикрытую сингулярность. Срамота то какая. Естественно, что увидеть ее невооруженным взглядом не получится, но это все равно будет намного проще, чем сейчас.

Однако, как вы понимаете, черная дыра не колесо, и ее просто так не раскрутишь. Она должна будет продолжать поглощать огромное количество материи, чтобы только разогнаться. Поэтому такие предположения основываются на гипотетических объектах, которые уже имеют невероятно высокую скорость.

Технологическая сингулярность

Более подходящее название для этой особенности – фантастическая. Как вы знаете, сингулярность – это точка, которая стремится к бесконечности. В конкретно данном случае она означает момент времени, когда технологический прогресс станет настолько развитым, что выйдет за границы человеческого понимания.

Технологическая сингулярность

Технологическая сингулярность – это так называемая точка невозврата. Одно из событий, которые могут привести к ней – создание полноценного искусственного интеллекта. Да не обычного ИИ, а того, что сможет без участия людей воспроизводить подобных себе. Эдакий судный день, в общем. Надеюсь, на тот момент у нас будет свой Джон Коннор. Также технологическая особенность может наступить при скрещивании человека и компьютера – создании киборгов. То есть внедрение человеческого сознания в машину или наоборот. И до наступления такого киберпанка нам, возможно, не придется ждать 2077 года. Некоторые ученые предполагают, что интеграция человека и машины может случится уже в ближайшие лет 30, а то и меньше.

Математическая сингулярность

Это точка, график функции в которой стремится к бесконечности. Неожиданно, правда? Ее еще называют критической. Это понятие часто встречается в математике, и больше сказать о нем особо нечего.

Биологическая сингулярность

Довольно редкое понятие, которое вообще мало кто использует. Зачастую под этим термином обобщают весь процесс эволюции, вот и все.

Источник: zen.yandex.com

Космологическая сингулярность


Иначе, это то состояние, которое имела Вселенная в самый первый миг Большого взрыва. Оно характеризуется наличием бесконечных значений плотности и температуры вещества. Это состояние, ставшее примером сингулярности гравитационной, предсказано Эйнштейном в положениях общей теории относительности. Невероятно сложно представить, что Солнце можно  сжать до размеров атомного ядра, но ещё труднее вообразить, что вся Вселенная была спрессована до точки, размер которой был много меньше этого ядрышка. Тем не менее, Вселенная возникла из такого объекта, именуемого сингулярностью. Этот вариант событий математически просчитан и является основной теорией возникновения окружающего мира. Но имеются определённые трудности, не объясняемые этой теорией.

  1. Никто не знает, где именно располагалась та точка, из сердцевины которой родилась наша Вселенная.
  2. Не понятно, каким образом эта особенность «родила» бескрайние количества энергии и материи.
  3. Неоднородность Вселенной тоже не совсем понятна. По всем канонам, она должна была стать однородной, но этой однородности не было даже в первичном газе.
  4. Известные нам физические законы, помогающие описывать привычный для нас мир, в случае сингулярности не работают. Из этого следует, что возможно описание только тех событий, что случились после Большого взрыва, но не сам взрыв и не преддверие его.

Сам факт возникновения космологической сингулярности, – если продолжить обратно во времени решение, которое описывает динамику расширения Вселенной, – доказан С. Хокингом в 1967 году. Но он отметил, что сингулярность выбивается из сводов законов физики. Невозможно, чтобы плотность и температура в одно время имели бесконечные значения. Бесконечная плотность подразумевает, что мера хаоса (энтропия) устремляется к нулю, а это не стыкуется с бесконечной температурой. Космологическая сингулярность (и сам факт её существования) стала одной из главнейших проблем космологии. Это вытекает из того, что все имеющиеся сведения о случившемся после Большого взрыва не дают абсолютно никакой информации о тех явлениях, что предшествовали этому грандиозному событию. Но решить эту проблему учёный мир пытается беспрестанно, и попытки эти происходят в разных направлениях:

  • Допускается, что описать динамику поля, где нет данных особенностей, будет возможно при помощи квантовой гравитации, теория которой пока не построена;
  • Считается, что если учесть квантовые эффекты в полях негравитационных, можно нарушить условие энергодоминантности, а именно на него сделан упор у Хокинга;
  • Наличествуют иные теории гравитации, не апеллирующие сингулярностью. В них вещество, сжатое до предела, при помощи сил гравитации испытывает не притяжение, а отталкивание.

Гравитационная сингулярность

Если говорить сухим языком физических терминов, то это — точка, находящаяся в пространстве-времени, через которую нет возможности ровно проложить геодезическую линию. Зачастую гравитационная сингулярность делает бесконечными или неопределёнными величины, которые описывают гравитационное поле. К этим величинам относятся, например, плотность энергии или скалярная кривизна. Теория относительности подразумевает, что сингулярности должны возникать в процессе формирования чёрной дыры. Если они находятся под горизонтом событий, то наблюдать их нельзя. В случае же Большого взрыва имеет место голая сингулярность – её наблюдение вполне возможно, если, конечно, оказаться рядом. К сожалению, непосредственно увидеть её невозможно, поэтому она, исходя из уровня развития современной физики, является только теоретическим объектом. Когда будут разработаны положения квантовой гравитации, появится возможность описания пространства-времени вблизи этих объектов.

Каждая чёрная дыра обладает двумя основными чертами – горизонтом событий и сингулярностью, которая и есть центр этой дыры. Здесь происходит искажение, а также разрыв пространства-времени. По сути, законы физики тут теряют логику. Существуют теории, что в таких точках вполне возможно осуществить переход в другие миры.
зработана математическая модель – «мост Эйнштейна-Розена», подтверждающая такой вариант. Это возможно сделать посредством скачка сквозь сингулярность. Именно здесь пересекаются слои Вселенной, образуя подобие подпространственного перехода. Он является соединением двух дыр – чёрной и белой. Это своеобразная машина времени, а сам факт перехода не вступает в противоречия с принципом причинности. Прыжки через сингулярность вращающейся чёрной дыры сделают реальными путешествия во времени в любых его направлениях. Поскольку чёрная дыра окружена горизонтом событий, то сингулярность увидеть в обнажённом состоянии нельзя. Но всё-таки создаются модели, с разной степенью реалистичности позволяющие это сделать.

Если раскрутить чёрную дыру до определённой скорости, горизонт событий может отделиться. Однако тут есть некоторые трудности. Чтобы раскрутить чёрную дыру, нужно в неё вливать дополнительную массу, что не очень реально из-за наличия чёткого предела, сверх которого вращение дыры невозможно. Но обычно принимается положение, что масса добавляется в уже очень быстро вращающуюся дыру. А если предположить, что вращение только началось? Такой вариант позволяет раскрутить чёрную дыру до состояния, когда её сингулярность станет открытой. Вполне вероятно, что во Вселенной путешествуют чёрные дыры, щеголяющие голой сингулярностью.

Сингулярность в математике

Математическое понятие данной особенности – это некоторая точка, в которой для математической функции характерно стремление к бесконечности. Либо функция обладает другими нерегулярностями поведения (в частности, критическая точка).

Технологическая сингулярность

Это понятие относится в основном к области футурологии, учения, пытающегося спрогнозировать будущее. За основу в этом случае берутся некоторые имеющиеся тенденции в технологии, экономике, социальных явлениях, а потом производится их экстраполяция. Считается, что вскоре наступит момент, когда прогресс в науке и технике станет недоступен пониманию человеческого разума. Вероятно, это станет реальным после того, как появится возможность создания искусственного интеллекта и наладится выпуск машин, воспроизводящих самих себя. К такому же результату приведёт интеграция человека с вычислительными машинами или же резкое изменение функциональности мозга человека с применением биотехнологий. Это и станет технологической сингулярностью, которую некоторые учёные предрекают в скором будущем. В. Видж считает, что это случится уже в 2030 году, а Р. Курцвейл отодвигает революцию на год 2045-й.

Сингулярность в биологии

В биологии это понятие используется не часто. Обычно оно применяется в качестве некоторых обобщений в эволюционном процессе.

Выводы и значение

Если математическая, техническая и биологическая сингулярности имеют вполне осязаемые параметры, то с особенностями других вариантов дело обстоит сложнее. Трудно оперировать понятиями, которые нельзя «пощупать» и оценить. Математические расчёты – вещь надёжная, но только в том случае, если объекты исследований достаточно материальны. С сингулярностью всё иначе. Она не только не материальна, но ещё пока и не доказана. Поэтому и применение её, даже гипотетическое, вызывает вопросы. Если можно путешествовать сквозь неё, чтобы попасть в другие измерения, то как остаться целым, проходя сквозь гравитационные Сциллу и Харибду? Вероятно, у физиков со временем найдутся ответы на все вопросы. И мы обязательно узнаем их и наконец-то поймём, что же такое сингулярность.

Источник: light-science.ru

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.

В момент, когда все частицы, которые до этого находились в состоянии сжатия, стремительно оттолкнулись друг от друга, и произошёл Большой взрыв.

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

Строение Чёрной 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

Когда говорят про Фридманскую сингулярность, имеют в виду начальную сингулярность космологии Фридмана, также известную как Большой взрыв.

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:

  1. Появление технологии, которая позволит человеку телепатически обмениваться мыслями с другими людьми.
  2. Человек сможет отделить сознание от тела (тело останется в пользовании как марионетка, а сознание будет находиться как программа в компьютере).

Смотрите также, что такое Философия и Космология.

Источник: www.uznaychtotakoe.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.