2. Гравитационная сингулярность

Второй вид сингулярности связан с космическими объектами, именуемыми «черными дырами». Черные дыры – это космические объекты большой массы, испытывающие гравитационный коллапс – неконтролируемое сжатие под действием сил гравитации. Свое название они получили из-за того, что в невероятно большом гравитационном поле черной дыры любой сигнал, в том числе и свет, никогда не достигает наружного наблюдателя, если он исходит из любой точки внутри сферы с некоторым предельным радиусом – «сферы Шварцшильда», или «горизонта событий». Одним из наиболее успешных исследователей черных дыр был Стивен Хокинг (09.01.1942 – 14.03.2018), английский физик-теоретик, космолог, писатель, директор по научной работе Центра теоретической космологии Кембриджского университета, блестящий популяризатор науки.

Поведение черной дыры в процессе коллапса решающим образом зависит от точки наблюдения. Проведем еще один мысленный эксперимент. Представим себе, что в черную дыру падает некий космический зонд, передающий куда-то радиосигналы. Будем считать этот зонд неким наблюдателем, чтобы не посылать туда живого человека, назовем его внутренним наблюдателем. В реальности еще задолго до достижения сферы Шварцшильда этот зонд будет разорван на элементарные частицы. Но пусть в нашем эксперименте он остается целым и невредимым. Когда он пересечет поверхность горизонта событий, его радиосигналы перестанут попадать на внешний приемник, поскольку не смогут прорваться через горизонт событий. Зонд будет продолжать падение и через некоторое конечное время достигнет центра черной дыры, в которой согласно ОТО должна находиться гравитационная сингулярность – точка с бесконечной плотностью материи. Существует гипотеза космической цензуры, высказанная Роджером Пенроузом, которую Стивен Хокинг формулировал так: «Бог не терпит голой сингулярности» (теорема Пенроуза). Это означает, что гравитационная сингулярность может существовать только в таких объектах, как черные дыры, будучи укрыта горизонтом событий.

На этом существование даже такого замечательного зонда, как у нас, заканчивается, причем, не только потому, что от него ничего не останется. Его дальнейшая судьба не может быть предсказана, поскольку в эту точку входят все мировые линии и ни одна не выходит. Свойства этой точки похожи на свойства космологической Сингулярности, описанные в первой статье. Однако в космологической Сингулярности нет прошлого, а в гравитационной – нет будущего. Этот факт есть сочувственная песня любителям путешествовать в другие области Вселенной через черные дыры. Законы физики в гравитационной сингулярности так же, как и в космологической, не работают.

Подчеркнем, что все это справедливо для внутреннего наблюдателя – по отношению к горизонту событий. Если относительно Вселенной любой наблюдатель является внутренним, поскольку это понятие универсальное, «выйти» из нее нельзя, то для черной дыры фактически все наблюдатели являются внешними, расположенными в любой части Вселенной вне пределов горизонта событий. Это означает, что для Вселенной не существует сколлапсировавших тел, есть только коллапсирующие. Отсюда, а также из гипотезы космической цензуры, следует, что Вселенная заботится о своей односвязности. Напомню, что односвязным называется пространство, в любом месте которого любой замкнутый контур можно стянуть в точку уменьшением его длины. Классический пример односвязного пространства – сфера, неодносвязного – поверхность тора.

Резюме.

Гравитационная сингулярность располагается в центре черной дыры и не может находиться вне ее.

Гравитационная сингулярность недоступна для наблюдения из Вселенной.

Гравитационная сингулярность есть конец времени для попадающего туда объекта.

Вселенная односвязна.