סינגולריות כבידתית

סינגולריות כבידתית (באנגלית: Gravitational singularity), הנקראת בקיצור סינגולריות וגם ייחודיות, היא נקודה במרחב בה צפיפות החומר אינסופית. תורת היחסות הכללית מאפשרת את קיומן של נקודות סינגולריות, וצופה בהן עיקום אינסופי של המרחב-זמן.

סינגולריות במודלים אסטרונומיים
בקוסמולוגיה, מודל המפץ הגדול של היקום מכיל נקודה סינגולרית בתחילתו של הזמן. בסינגולריות המפץ הגדול, המודל חוזה שצפיפות החומר ועיקום המרחב-זמן יהיו אינסופיים. במודלים קוסמולוגיים מסוימים מסוף המאה ה-19 קיימת נקודה סינגולרית נוספת של היקום, הקרויה הקריסה הגדולה, והיא מציינת את קץ הזמן ביקום, אך היא נזנחה לאחר גילויו של חוק האבל.

משפט מתמטי קובע כי סינגולריות קיימת בהכרח בכל חור שחור, פנימה לאופק האירועים. בחור שחור נייח, שאינו מסתובב, הסינגולריות היא נקודתית, ונקודה זו מכונה גם "הנקודה הסינגולרית". בחור שחור מסתובב, הסינגולריות נוצרת לאורך טבעת, והיא נקראת "טבעת סינגולרית".

סינגולריות של הקואורדינטות
בתורת היחסות הכללית ייתכן מצב בו המטריקה מגדירה אלמנט קו שמקבל ערך אינסופי בנקודה מסוימת. נקודה כזאת מכונה סינגולריות של הקואורדינטות. קיומה של סינגולריות זו הוא תנאי הכרחי, אבל לא מספיק, לקיומה של סינגולריות כבידתית באותה נקודה, משום שייתכן מצב בו התמרת קואורדינטות תאפשר לאלמנט הקו לקבל ערך סופי.

כדוגמה ניתן להביא את המשטח, אשר מקיף את החור השחור, וקרוי אופק אירועים. על פני משטח זה מתקיימת סינגולריות של הקואורדינטות כל עוד משתמשים בקואורדינטות שוורצשילד (3 קואורדינטות כדוריות של המרחב וקואורדינטה אחת של הזמן), אולם הסינגולריות נעלמת אם מבצעים התמרה לקואורדינטות אדינגטון-פינקלשטיין (Eddington-Finkelstein coordinates). המסקנה היא שעל פני אופק האירועים אין סינגולריות כבידתית.

השערת הצנזורה הקוסמית

הגרסה החלשה של השערת הצנזורה הקוסמית טוענת כי כל נקודה סינגולרית מוסתרת מצופה מרוחק על ידי אופק אירועים, ושמשום כך לא יכולות להתקיים נקודות סינגולריות חשופות ("סינגולריות עירומה"). בשנות ה־90 של המאה ה־20 בוצעו סימולציות מחשב שבהן נוצרה סינגולריות עירומה, אך זה היה תמיד כתוצאה מסידור מיוחד מאוד של חלקיקים במצב ההתחלתי . שינוי במיקומו של חלקיק בודד בתנאי ההתחלה של הסימולציה גרם להיווצרות של אופק אירועים או לאי-היווצרות של סינגולריות כלל.

הגרסה החזקה של השערת הצנזורה הקוסמית מרחיקה לכת וטוענת שקיומה של סינגולריות כלשהי מלבד סינגולריות התחלתית (המפץ הגדול) או סופית (הקריסה הגדולה) לא תיתכן במסגרת של תורת היחסות הכללית בלבד. על־כן, פיזיקאים רבים גורסים שקרוב לנקודות הסינגולריות, תורת היחסות הכללית חדלה מלתת תיאור מדויק של הכבידה. נהוג להניח כי תאוריה של כבידה קוונטית - תאוריה שתאחד את תורת היחסות הכללית עם מכניקת הקוונטים - תספק תיאור טוב יותר בנוגע למה שמתרחש במקומות בהם צופה תורת היחסות הכללית נקודה סינגולרית. נכון ל־2022 אף תאוריה של כבידה קוונטית לא נמצאה מספקת הן מבחינה ניסיונית והן מבחינה תאורטית.

ראו גם
פרדוקס השמדת המידע

קישורים חיצוניים

ערכים שבהם תבנית בריטניקה אינה מתאימה
חורים שחורים
תורת היחסות הכללית
כבידה