Что такое сингулярность

Сингулярность – что это такое?

Краткое содержание статьи:

Изучая тайну возникновения мироздания, один термин для многих остается загадкой, а именно – что такое сингулярность? С тех пор, когда впервые были обнаружены черные дыры, ученые задаются вопросом: что может находиться за гранью этой неисследованной пустоты? Было предложено множество теорий, объясняющих происхождение Вселенной: одни из них были математически доказаны, другие остаются в состоянии гипотез. Как раз про одну из них, вы сможете прочитать в нашем материале.

Большой взрыв: сингулярность нашей Вселенной

Консенсус астрономов, космологов, математиков и физиков, гласит – наша Вселенная возникла благодаря сверхмощному взрыву:

Начало. Приблизительно 13,8 миллиарда лет назад, необъяснимое «нечто» было уплотненно в очень маленькую (относительно) область – небольшой шар (диаметром около 35 метров). Условная сфера имела невероятную плотность и температуру, т.е. состояние, которое учеными сейчас называется сингулярностью;
Формирование. В определенный момент эта точка стала разрастаться – произошел «Большой взрыв». Гигантские облака элементарных частиц (будущие галактики) расширяются в пространстве, охлаждаются, и посредством гравитации образовываются звезды;

Что происходит сейчас? Вселенная продолжает расширяться.

Ученые NASA отмечают интересный факт – массивные формирования, состоящие из громадных звезд, медленно удаляются от нас. Одни гипотезы гласят, что расширяться Вселенная будет вечно, другие – она разрушит себя сама.

Гравитация, или как устроена черная дыра

До 1960 года о черных дырах говорили с улыбкой. Хоть теория относительности была математически обоснована, предложенные свойства пространства были настолько нереалистичны, что попросту всерьез не воспринимались.

Благодаря технологическому прогрессу и с появлением мощных телескопов, о черных дырах стали говорить как о возможной физической реальности:

Формирование. Основные физические свойства звезд характеризуются их высокой внутренней температурой и давлением. Эти факторы препятствуют процессу внутреннего сжатия звезды (ее разрушения). После того как термоядерные реакции полностью исчезают, материальная структура звезды стремится к своему центру. Когда плотность достигает трех солнечных масс, она превращается в черную звезду;
Анатомия. Что мы в итоге получаем? Огромная звезда трансформируется в черную дыру – модель, содержащую в себе параметры исходной звезды, но при этом физический размер отсутствует. Черная звезда имеет условную линию «горизонта событий», за пределами которой законы физики не действуют – начинается область сингулярности. Все, что попадает за этот барьер, «всасывается» черной дырой, и возврату не подлежит.

Так как черная дыра поглощает даже свет (ее невозможно осветить, увидеть), при их поиске астрономы полагаются только на косвенные методы – область должна быть затомлённая и иметь большую массу. Последние исследования порождают теорию, что в центре нашей галактики, существует массивная черная дыра.

На данный момент наша солнечная система находится далеко от «горизонта событий», но пройдут миллиарды лет, и наша планета будет втянута в сингулярность и прекратит свое существование.

Что такое сингулярность простыми словами?

В двух первых главах, мы рассмотрели космологическую и гравитационную сингулярности. Для полного осознания значений этих терминов, объясним их простыми словами:

Космологическая. Представьте себе теннисный мячик, имеющий запредельную внутреннюю плотность и бесконечно высокую температуру. При определенных условиях он взрывается. Физическая материя, в виде мельчайших частиц, освобождается и образуется условное облако пыли. Если вы сможете все собрать обратно (получить первоначальную структуру до взрыва) то получите точно такой же мячик. Так вот, момент взрыва именуют состоянием сингулярности;
Гравитационная. Данная сингулярность, как вы помните, связана с линией «горизонта событий». Представьте открытый канализационный люк. Вы бросаете в него камни. Промах – камень остался на земле, попадание – «снаряд» преодолел рубеж «горизонта событий», и попал в яму (зону сингулярности).

Говоря проще – сингулярность, это самый центр черной дыры, ее ядро, в которой не действуют никакие законы физики, в котором время протекает по совсем другим правилам, нам неизвестным.

К слову, если рассматривать гравитационную сингулярность, следует отметить, что наряду с черными, есть и белые дыры: в их область попасть невозможно.

Сингулярность: другие значения

Термин «сингулярность» еще встречается в:

Математике. Математическая функция переходит в такое состояние, когда ее значение стремится в бесконечность. Говорят: «сингулярность в точке Y»;
Технологиях. Технологический прогресс в отдельной области станет недоступен пониманию человека;
Компьютерной модификации. Технические и программные средства, достигнут такого уровня, при которых они начнут сами себя совершенствовать. Такой момент еще не наступил. По прогнозам это событие случится не ранее 2035 года.

Очень редко «сингулярность» применяют в биологии и философии, но основным направлением остается космологическое направление.

Технологическая сингулярность

Началом возникновения технологической сингулярности, ученые связывают с появлением искусственного интеллекта:

Интеллектуальные программы возьмут на себя функции, считавшиеся до этого прерогативой человека;
Резкий скачок в развитии точных наук будет непонятен человечеству.

Подобную картину, когда компьютерные системы вышли из-под контроля человека, предсказал режиссёр и автор сценария фильма «Терминатор» Джеймс Камерон.

Космология: 3 интересных факта

Задумывались ли вы о том, что:

Наше Солнце не вечно. Пройдет чуть более 7 миллиардов лет, и звезда нашей Солнечной системы остынет – образуется новая черная дыра, которая начнет поглощать Меркурий, Венеру и, естественно, нашу Землю;
В нашей галактике присутствуют сотни миллиардов звезд. Более того, в состав Вселенной входит более 500 миллиардов галактик. Можно сделать вывод: со 100% вероятностью, существует несколько миллионов систем, похожих на нашу Солнечную, а следовательно мы во Вселенной не одни.
Ближайшая к земле звезда (находится она на расстоянии в 4 световых года) – Проксима Центавра. Если человек, используя при этом самые современные космические технологии, захочет полететь к ней, его путь продлится более 70000 лет.

Слово «сингулярность» можно встретить в любом аспекте нашей жизни – математике, космологии, биологии и т.д. Если говорить о космологической сингулярности, то термин можно охарактеризовать как первичное состояние нашей Вселенной при Большом взрыве, когда наше мироздание находилось в одной маленькой точке, а все физические законы не имеют своей силы.

Видео: в чем опасность данной аномалии?

В этом ролике Станислав Володин расскажет про эффект сингулярности, в чем состоит ее опасность:

Источник: http://1-vopros.ru/995-chto-takoe-singulyarnost.html

Что такое сингулярность, или почему история человечества однажды станет непредсказуемой

В философии слово «сингулярность», произошедшее от латинского «singulus» — «одиночный, единичный», обозначает единичность, неповторимость чего-либо — существа, события, явления. Больше всего над этим понятием размышляли современные французские философы — в частности, Жиль Делез. Он трактовал сингулярность как событие, порождающее смысл и носящее точечный характер.

«Это поворотные пункты и точки сгибов; узкие места, узлы, преддверия и центры; точки плавления, конденсации и кипения; точки слез и смеха, болезни и здоровья, надежды и уныния, точки чувствительности». Но при этом, оставаясь конкретной точкой, событие неизбежно связано с другими событиями.

Поэтому точка одновременно является и линией, выражающей все варианты модификации этой точки и ее взаимосвязей со всем миром.

В других науках термин «сингулярность» стал обозначать единичные, особые явления, для которых перестают действовать привычные законы. Например, в математике сингулярность — это точка, в которой функция ведет себя нерегулярно — например, стремится к бесконечности или не определяется вообще.

Гравитационная сингулярность — это область, где пространственно-временной континуум настолько искривлен, что превращается в бесконечность.

Принято считать, что гравитационные сингулярности появляются в местах, скрытых от наблюдателей — согласно «принципу космической цензуры», предложенному в 1969 году английским ученым Роджером Пенроузом. Он формулируется так: «Природа питает отвращение к голой (т.е.

видимой внешнему наблюдателю) сингулярности». В черных дырах сингулярность скрыта за так называемым горизонтом событий — воображаемой границей черной дыры, за пределы которой не вырывается ничего, даже свет.

Но ученые продолжают верить в существование где-то в космосе «голых» сингулярностей. А самый яркий пример сингулярности — состояние с бесконечно большой плотностью материи, возникающее в момент Большого взрыва.

Этот момент, когда вся Вселенная была сжата в одной точке, остается для физиков загадкой — потому, что он предполагает сочетание взаимоисключающих условий, например, бесконечной плотности и бесконечной температуры.

В сфере IT ждут прихода другой сингулярности — технологической. Ученые и писатели-фантасты обозначают этим термином тот переломный момент, после которого технический прогресс ускорится и усложнится настолько, что окажется недоступным нашему пониманию.

Исходно этот термин предложил американский математик и писатель-фантаст Вернор Виндж в 1993 году. Он высказал следующую идею: когда человек создаст машину, которая будет умнее человека, история станет непредсказуемой, потому что невозможно предугадать поведение интеллекта, превосходящего человеческий.

Виндж предположил, что это произойдет в первой трети XXI века, где-то между 2005 и 2030 годами.

В 2000 году американский специалист по развитию искусственного интеллекта Елиезер Юдковски также высказал гипотезу о том, что, возможно, в будущем появится программа искусственного интеллекта, способная совершенствовать саму себя со скоростью, во много раз превосходящей человеческие возможности. Близость этой эры, по мнению ученого, можно определить по двум признакам: растущая техногенная безработица и экстремально быстрое распространение идей.

«Вероятно, это окажется самой стремительной технической революцией из всех прежде нам известных, — писал Юдковски.

— Свалится, вероятнее всего, как снег на голову — даже вовлеченным в процесс ученым… И что же тогда случится через месяц или два (или через день-другой) после этого? Есть только одна аналогия, которую я могу провести — возникновение человечества.

Мы очутимся в постчеловеческой эре. И несмотря на весь свой технический оптимизм, мне было бы куда комфортнее, если бы меня от этих сверхъестественных событий отделяли тысяча лет, а не двадцать».

Темой технологической сингулярности вдохновлялись писатели жанра «киберпанк» — например, она встречается в романе Уильяма Гибсона «Нейромант». Она показана и в популярном романе современного фантаста Дэна Симмонса «Гиперион» — там описывается мир, помимо людей, населенный Искинами — то есть, носителями искусственного интеллекта, которые вступают в конфликт с человечеством.

Как говорить

Неправильно «Это был сингулярный случай, когда механизм вышел из-под контроля». Правильно — «единичный».

Правильно «Я уверен, рано или поздно Вселенная снова схлопнется в сингулярность».

Правильно «Мне нравится этот роман — лучшее описание технологической сингулярности из всех, что я читал».

Источник: https://theoryandpractice.ru/posts/6981-chto-takoe-singulyarnost-ili-pochemu-istoriya-chelovechestva-odnazhdy-stanet-nepredskazuemoy

Космологическая сингулярность

Космологическая сингулярность – теоретическое построение некоего состояния, в котором находилась Вселенная в начальный момент Большого Взрыва. Особенность этого состояния в том, что оно характеризуется бесконечной плотностью и одновременно бесконечной температурой.

Возникновение понятия

Стивен Хокинг

Космологическая сингулярность является частным случаем гравитационной сингулярности. Если мы привыкли рассматривать материю как некоторое гладкое и бескрайнее пространство (многообразие), то в области гравитационной сингулярности пространство-время искривляется. В 1915 — 1916 г.

великий физик Альберт Эйнштейн опубликовал свою общую теорию относительности, согласно которой гравитационные эффекты существуют не как следствие работы каких-либо сил, возникающих между телами или в полях, а вследствие искажения самого пространства-времени.

При помощи своих уравнений Эйнштейн смог описать связь кривизны пространства-времени и материи, которая находится в нем.

Позже, в 1967-м году Стивен Хокинг использовал уравнения Эйнштейна для общей теории относительности, которые описывают динамику Вселенной, чтобы получить их решения для прошедшего времени. То есть он определил состояние Вселенной в изначальный момент ее существования, и доказал, что таковой момент действительно есть.

Гравитационная сингулярность

Положение сингулярности в черной дыре

Точно описать гравитационную сингулярность пока не удается по той причине, что многие известные величины в ее пределах устремляются к бесконечности либо становятся неопределенными. Например, плотность энергии выбранной системы отсчета этой области или скалярная кривизна.

Благодаря трудам физиков-теоретиков мы имеем строгие доказательства того, что в сердцах черных дыр, а именно за горизонтом событий должна располагаться такая гравитационная сингулярность, иначе черная дыры просто не сформировалась бы.

К сожалению, наблюдать что-либо находящееся за горизонтом событий невозможно в принципе, хотя есть предположения, что существуют черные дыры, сингулярность которых немного выходит за его пределы и может быть наблюдаема.

Космологическая же сингулярность называется «голой», так как теоретически ее можно было бы увидеть.

Свойства, парадоксы и следствия космологической сингулярности

Основные характеристики сингулярности – одновременно бесконечные температура и плотность вещества. Подобное явление можно попытаться представить как сосредоточение бесконечно большой массы в бесконечно малом объеме.

Однако согласно физическим расчетам эти две величины не могут одновременно стремиться к бесконечности.

Как известно, температура тесно связана с энтропией — мерой хаоса, которая с увеличением плотности может лишь уменьшаться, как собственно и температура.

Сингулярность в представлении художника

Достоверно известно, что существует определенный момент во времени, в который из сингулярности зародилась Вселенная. Но никакие знания о том, что было до сингулярности, из расчетов или наблюдений мы получить не можем.

Также не может быть найдена центральная точка, сердцевина из которой произошел Большой Взрыв. А самое главное, каким образом космологическая сингулярность породила немыслимые запасы материи и энергии нашей Вселенной.

К сожалению, на сегодня разработанные физические конструкции не могут объяснить наличие такого явления, как сингулярность, так как в ее области все существующие законы физики не применимы. Как сказал известный физик современности Митио Каку: «мы называем сингулярностью то, что не можем понять».

Источник: http://SpaceGid.com/kosmologicheskaya-singulyarnost.html

Что такое сингулярность

Каждый, кто сталкивался с термином «сингулярность», стремился осознать, а что же это такое? Если сделать дословный перевод с латыни, то окажется, что это единичность какого-то события, существа, явления. Понятие сингулярности (особенности) распространено во многих областях науки и техники, и обладает определённой специфичностью. В зависимости от этого, сингулярность может быть:

математической;
гравитационной;
космологической;
технологической;
биологической.

Но если смотреть более философски, то сингулярность — это всё мироздание в крошечной точке. И это не только всё вещество Вселенной, но и наша жизнь, с её осознанием, значимостью и чувствами.

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.

Никто не знает, где именно располагалась та точка, из сердцевины которой родилась наша Вселенная.
Не понятно, каким образом эта особенность «родила» бескрайние количества энергии и материи.
Неоднородность Вселенной тоже не совсем понятна. По всем канонам, она должна была стать однородной, но этой однородности не было даже в первичном газе.
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.

Разработана 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.

Ещё по теме:

Источник: http://light-science.ru/fizika/chto-takoe-singulyarnost.html

Что такое сингулярность и как она связана с гравитацией и черными дырами

Пространство-время – та сцена, на которой разворачивается вся история Вселенной: с момента Большого Взрыва, через рождение Млечного Пути, Солнца и расцвет динозавров – к Александру Македонскому и электронным научно-популярным журналам.

К нему часто добавляют слово континуум, от латинского «непрерывное» – но кое-где и пространство-время обрывается. Здесь теряют силу привычные законы физики. Здесь время выглядит иначе. Здесь даже нельзя сказать «здесь», поскольку здесь нет и пространства. Это – область нигде и никогда. Это – гравитационная сингулярность.

Притяжение геометрии

Со времен древних греков пространство казалось чем-то неизменным, постоянным, однородным, а время – не связанной с ним циклической спиралью вечного возвращения и повторения. К эпохе научно-технических революций эти представления лишь укрепились.

Декартова система координат расчертила мир тремя взаимно перпендикулярными осями, время выпрямилось в отдельную, независимую от пространства (и вообще ни от чего) прямую стрелу.

Во многом мы до сих пор живем в тех представлениях, возникших еще в XVIII веке.

Революционность взглядов Эйнштейна во многом состояла в понимании двух важных фактов, переворачивающих взгляды и на время, и на пространство. Во-первых, они взаимосвязаны и представляют собой единый пространственно-временной континуум. А во-вторых, континуум этот вовсе не неизменен и не постоянен: он деформируется в присутствии любой формы энергии, в том числе – в виде массы.

Классический способ представить этот обновленный Эйнштейном мир дает пример из геометрии. Представьте себе двухмерное пространство – туго натянутую сетку, на которую положен тяжелый бильярдный шар.

Запустите мимо него теннисный мяч: шар немного растянул сетку, и мяч в своем движении отклонится, словно притянутый им, а возможно, даже «упадет» на него.

Гравитация в эйнштейновском понимании может рассматриваться как геометрическое свойство пространства-времени, его искажение, возникающее под действием энергии (массы). Даже просто вращающееся массивное тело увлекает за собой «сетку» пространства-времени.

Мысленно расширьте этот пример на четыре измерения (три пространственных плюс одно временное) – и вы получите примерную геометрическую модель реального пространства-времени. Обратите внимание: где есть масса (энергия) – там нет прямых координатных осей, да и само время перестает быть прямолинейным и равномерным для всех наблюдателей.

Представление о прямой оказывается просто математической абстракцией: самая прямая вещь, которую мы знаем из физики, – это траектория светового луча, движение фотона – но и оно искажается под действием гравитации.

Притянутая материя локально движется по прямой, однако в глобальном рассмотрении эта прямая в гравитационном поле оказывается кривой.

Разрывая сети

Но что если мы бросим на сетку из нашего геометрического примера не бильярдный шар, а что-нибудь потяжелее? Гантель, двухпудовую гирю. Скорее всего, наш демонстрационный экспонат не выдержит и лопнет, а в центре его останутся лишь дыра, нити, обрывки пространства-времени нашей модели. Нечто вроде сингулярности.

Даже в философском смысле сингулярность – антоним континуальности (непрерывности, отсутствия лакун, квантованности, разделенности на фрагменты – NS). Сингулярность – нечто, происходящее лишь однажды. Точка, к которой события стремились, пока не разрешились уникальным исходом. Взрыв, слияние, освобождение.

В точках сингулярности математические функции резко меняют свое поведение: устремляются в бесконечность, переламываются, внезапно обращаются в ноль. Если переменная Х стремится к нулю, а функция от Х – к бесконечности, знайте: вы уже в сингулярности.

В области, где обрывается непрерывная (континуальная) геометрия пространства-времени – и происходит нечто совсем уж невообразимое.

Удивительно, что Общая теория относительности сама обозначает границы своей применимости: в сингулярности «не работает» и она.

При этом теория не только указывает на саму возможность существования гравитационных сингулярностей, но в некоторых случаях делает их вообще обязательными.

Речь, в частности, о черных дырах – объектах колоссальной плотности, которая делает их невероятно массивными для своих размеров.

Черная дыра может иметь массу, сравнимую с массой крупной планеты или с миллиардом крупных звезд, но эта масса определяет лишь величину той области вокруг нее, где царит одна лишь гравитация – и откуда не вырваться ничему, ни веществу, ни излучению, ни информации. Размер этой «области невозврата» называется радиусом Шварцшильда, а ограничивает ее горизонт событий, условная линия, по одну сторону которой Вселенная живет своими законами, а по другую властвует сингулярность.

Гравитационная плюс космологическая

Принято говорить, что в сингулярности «законы физики теряют силу». Это не так – просто привычные законы здесь неприменимы, как неприменимы законы классической механики к миру квантовых частиц.

По красочному выражению немецкого профессора Клауса Уггла, поведение математических уравнений и функций в сингулярности «становится патологическим».

Заметить этот момент достаточно просто – достаточно наблюдать поведение свободно падающих частиц.

Независимо ни от вида самой частицы, ни от того, где именно она падает, она стремится двигаться по максимально прямой траектории, которая только существует в данных условиях.

В пустом космосе, у поверхности Земли или за границей горизонта событий частица меняет траекторию лишь под действием других сил, в том числе гравитации.

Но в сингулярности гравитационное поле возрастает до бесконечности, и свободно падающая частица просто… перестает существовать.

Прямые здесь обрываются (это свойство сингулярности называется геодезической неполнотой), а с ними обрывается и судьба частицы. Как показал еще около 40 лет назад великий математик Роджер Пенроуз, геодезическая неполнота должна возникать внутри любой черной дыры. Впоследствии его выкладки развил Стивен Хокинг, расширив эти представления до целой Вселенной.

Да, вначале была сингулярность. Еще в 1967 году Хокинг строго доказал, что если взять любой вариант решения уравнений Общей теории относительности и «развернуть их» назад во времени, то при любом раскладе в расширяющейся Вселенной мы придем к ней, к сингулярности. Из бесконечного провала этой «космологической праматери» и распустился цветок нашего пространства-времени.

Впрочем, при всей своей красоте «теоремы сингулярности Пенроуза – Хокинга» лишь указывают на возможность их существования. О том же, что происходит там, внутри, что можно «увидеть» в сердце черной дыры и чем была Вселенная до Большого Взрыва, они не говорят ровным счетом ничего.

Возьмем хотя бы космологическую сингулярность Хокинга: она должна иметь одновременно бесконечную плотность и бесконечную температуру, совместить которые пока никак не получается.

Ведь бесконечная температура означает бесконечную энтропию, меру хаоса системы – а бесконечная плотность, наоборот, указывает на хаос, стремящийся к нулю.

Сингулярность оголяется

Впрочем, это далеко не единственная странность вокруг сингулярности. Среди диковинных гипотез, построенных на строгой основе общей теории относительности, стоит вспомнить идею существования «голых сингулярностей» – не окруженных горизонтом событий, а значит и вполне наблюдаемых извне.

По мнению некоторых физиков, голая сингулярность может появляться из обычной черной дыры. Если черная дыра вращается чрезвычайно быстро, сингулярность вместо точки может приобрести кольцеобразную форму тора, окруженного горизонтом событий. Чем быстрее дыра вращается, тем сильнее сходятся внешний и внутренний горизонты – и в какой-то момент они могут слиться, исчезнув.

К сожалению, в реальности наблюдать голую сингулярность пока не удается, зато в фантастике она встречается регулярно. Одна из населенных разумными существами колоний в культовой киносаге «Звездный крейсер «Галактика» вращается не вокруг звезды или планеты, а вокруг такой голой сингулярности.

Стоит сказать, что Роджер Пенроуз ввел в космологию принцип космической цензуры, предположение, согласно которому голых сингулярностей во Вселенной быть не может. Ученый образно сформулировал свой подход: «Природа не терпит голых сингулярностей». Этот принцип до сих пор остается недоказанным и не опровергнутым окончательно.

Как (не) попасть в сингулярность

Рассуждая логически, можно прийти к выводу о том, что оказаться внутри сингулярности мы не сможем никогда – вплоть до момента окончательной гибели Вселенной. Давайте представим частицу, притянутую черной дырой.

Вот она, ускоряясь, по спирали приближается к ней. Чем сильнее гравитация и выше скорость, тем, согласно уравнениям того же Эйнштейна, сильнее замедляется течение времени.

Наконец наша частица пересекает горизонт событий.

Сколько у нее ушло на это времени? Для стороннего наблюдателя это могут быть годы. Но вот частица устремляется к сингулярности в центре дыры – пространство-время вокруг нее буквально встает на дыбы, время для частицы практически останавливается. Можно представить это и наоборот: время Вселенной в сравнении с ней ускоряется практически бесконечно.

Но ведь даже черные дыры не вечны.

Как показал Стивен Хокинг еще в 1970-х, в результате сложной игры гравитации и квантовых эффектов у горизонта событий все черные дыры понемногу испаряются и рано или поздно исчезают.

Быть может, исчезнет и частица, так и не добравшись до сингулярности. Но тут снова появляются парадоксы почище тех, что встретились Алисе в Стране Чудес. Например – где же находится эта частица?

С точки зрения теоретической физики, черные дыры – пустые. Да, их ограничивает горизонт событий, но за ним нет ничего, что можно было бы измерить, обозначить, зафиксировать – а значит, нет ничего вообще. Вся масса черной дыры сосредоточена в сингулярности – бесконечно малой точке, окруженной сферой, полной почти метафизической тьмы.

Что у нее внутри?

Некоторые теоретики полагают, что Вселенная не терпит не только голой сингулярности, но и разрывов пространства-времени.

Поэтому каждая сингулярность является червоточиной – своего рода провалом, туннелем, соединяющим одну область мира с какой-то другой «прямым ходом», образно называемым «кротовой норой» или «червоточиной».

Но это лишь гипотеза, и неизвестно, появится ли у нас когда-нибудь хотя бы возможность подтвердить ее или опровергнуть.

Главный вопрос остается: что там, внутри сингулярности? Что наступает после того, как сама ткань пространства-времени мнется, растягивается, дыбится, пока не разрывается окончательно? Ответить на него проще простого: неизвестно.

Источник

Источник: https://vseonauke.com/1349264082181294640/chto-takoe-singulyarnost-i-kak-ona-svyazana-s-gravitatsiej-i-chernymi-dyrami/

Сингулярность в философии и психологии, когда наступит технологическая сингулярность?

Для людей, далеких от научных исследований, сингулярность – не совсем понятное слово. Сфера заимствования данного термина в науке различная: философия, астрофизика, астрономия, математика, психофизиология, психология и информационные технологии.

Сингулярность – что это?

Сингулярность в переводе с лат. singularis – единичный. Независимо от того, что разные области науки применяют значение сингулярности каждая в своем контексте, в основе термин содержит общие для всех понятия. Сингулярность это:

особое (единичное) явление;
неповторимость чего-либо;
точка во времени;
область пространства;
короткий период.

Сингулярность в философии

Современная семиотика и философия использовали понятие сингулярности для разрешения противоречий в результате разъяснения сущности единичного, особого явления, а также связи между единичным и множественным, конкретным и абстрактным.

Сингулярность в философии это – явление или событие, порождающее смысл, точка непрерывного уточнения, превращающаяся в серию, затем в серию линий. Французский философ Ж.

Делез считал, что складывание многих точек в одну приводит к созданию индивидуального сценария или события.

Сингулярность в психологии

Ученые исследуют психику и разум человека в стремительно меняющихся условиях. Что значит сингулярность в психологии? Выводы, сделанные психологами далеко не утешительны.

Сингулярный разум – единый коллективный субъект, в который, вероятно в ближайшем будущем эволюционирует человеческая раса – то, что раньше описывали фантасты, вполне может оказаться действительностью.

Сингуляторный разум может развиваться по стадиям:

появится технология, позволяющая человеку телепатически обмениваться мыслями с другими;
отрыв сознания от тела – тела используются как марионетки, а сознания в виде программ заложены в компьютерах на жестких дисках.

Технологическая сингулярность

Прогнозировать будущее люди пытались с древних времен.

Технологическая сингулярность это – момент или гипотетическая «точка невозврата», когда технологический прорыв настанет настолько мощным и ускоренным, что станет недоступным обычному человеческому пониманию – считают современные футурологи Р.

Курцвейл и Э. Тоффлер, в этом их мнение схоже с писателями- фантастами, предсказывающими доминирование искусственного интеллекта, как в небезызвестном фильме «Терминатор. Восстание машин».

Время «Х», когда технологический прогресс достигнет своего апогея, по подсчетам ученых наступит 2020-2040 гг. Планета Земля по мнению Р. Курцвейла превратиться в гигантский суперкомпьютер. Фантастические фильмы, в которых можно увидеть эффект технологической сингулярности:

«Она» – повествует о любви главного героя к операционной системе, обладающей совершенным интеллектом.
«Матрица» – виртуальная реальность становится такой же реальной, как человеческая реальность.
«Я, робот» – показано ближайшее будущее, где роботы стали частью быта человека и существенно облегчили труд. Но появляется особенный робот, который игнорирует приказы человека и опирается на свой интеллект.

Сингулярность сознания

Понятие сингулярности когнитивной, введено американским специалистом, изучающим искусственный интеллект – Э. Юдковски.

Основатель Института Сингулярности предположил, что максимальное взаимодействие между всеми людьми планеты может привести к совместному достижению сверхвозможностей в создании «дружественного сверхинтеллекта» – эффект сингулярности, который поможет людям эволюционировать.

Сингулярность и черные дыры

Вселенная полна тайн и загадок, постижение которых длится не одно тысячелетие. Внимание ученых астрофизиков и астрономов привлечено к самому загадочному феномену черных дыр.

Червоточины – это область или точка сингулярности в пространственно-временном континууме, где аномально искажено пространство и время течет по-другому.

Сингулярность черных дыр – это своего рода портал, точка пересечения слоев Космоса, через которые можно перемещаться во времени – назад, вперед и в стороны. Прошлое, настоящее и будущее в черных дырах существует одномоментно.

Источник: https://womanadvice.ru/singulyarnost-v-filosofii-i-psihologii-kogda-nastupit-tehnologicheskaya-singulyarnost

Что такое сингулярность? Как ее понимают в различных областях науки?

Каждый человек, которому приходилось встречать слово «сингулярность», пытался понять, что же это на самом деле. В переводе с латинского данное слово означает «единственный». Следует отметить, что понятие используется не только в астрономии, но и других науках, поэтому сингулярность может быть гравитационной, математической, биологической и т.д.

Согласно математическому объяснению термин представляет собой точку, где что-то стремится к бесконечности. Кроме того, существует еще одно объяснение, которое было выдвинуто британцем Аланом Тюрингом. Он считал, что математическая сингулярность представляет собой модель, за рамками которой нет никакого смысла пытаться что-то предсказывать.

Если же смотреть с философской точки зрения, то под сингулярностью можно понимать все мироздание в небольшой точке.

Космологическая сингулярность

Здесь понимают состояние, в котором находилась Вселенная во время Большого взрыва.

Некоторые ученые придерживаются теории о том, что Вселенная появилась из атома вещества, который характеризовался огромными показателями температуры и плотности.

Однако, у такой теории есть немало противников, которые склонны считать, что хаос не может равняться нулю при высоких температурах. Другими словами, в космологической сингулярности не работают законы физики.

Данное состояние Вселенной было предсказано Альбертом Эйнштейном в его теории относительности. Согласно данной теории не только Солнце и другие большие небесные объекты представляли собой точку, а вся Вселенная была такой.

Появление Вселенной из сингулярности в результате “Большого Взрыва” . Источник изображения:

Происхождение из сингулярности Вселенной математически просчитано и признано одной из основных версий возникновения всего.

Однако эта гипотеза по-прежнему не способна объяснить некоторые вопросы. Например, сторонники этой версии не могут пока понять, где конкретно находилась точка, из которой появилось все.

Кроме того, остается неясным, как в результате “взрыва” возникло такое количество энергии и материи.

Также не объясняется и неоднородность нашей Вселенной. По законам физики, Вселенная должна была бы прийти к однородности, однако о ней даже не шло и речи в первоначальном газе .

Учитывая тот факт, что в сингулярности нет физических законов, можно описать все, что происходило только после Большого взрыва, но никак не до него. Космологическая сингулярность была внимательно рассмотрена в 1967 году Стивеном Хокингом.

Согласно законам физики нереально, чтобы плотность и температура обладали бесконечными значениями из-за того, что при бесконечности плотности хаос стремиться к нулевому значению, а это невозможно при бесконечно высокой температуре.

После серии опубликованных физиком-теоретиком работ, космологическая сингулярность превратилась в одну из ключевых проблем отрасли.

Гравитационная сингулярность

Гравитационная сингулярность представляет собой точку в пространстве и времени, сквозь которую нельзя провести геодезическую линию.

Величины (например, скалярная кривизна или плотность энергии), характеризующие гравитационное поле, при рассмотрении гравитационной сингулярности становятся неопределенными или бесконечными .

Согласно теории Альберта Эйнштейна, сингулярность появляется при образовании черной дыры, и ее нельзя обнаружить в том случае, если она находится за горизонтом событий. Что касается Большого взрыва, то при нем была голая сингулярность, которую можно было бы “увидеть”, если оказаться недалеко.

Но, поскольку, в современной физике сингулярность описывается только как теоретический объект, то и не было бы возможным наблюдать ее в реальности.

Черная дыра – сингулярность окруженная горизонтом событий. Источник изображения: 123rf.com

Все черные дыры обладают двумя характеристиками – сингулярностью, являющейся центром черной дыры и горизонтом событий, находящемся вокруг сингулярности.

В черных дырах искривляется и рвется ткань пространства-времени и все известные нам физические законы перестают работать. По мнению некоторых ученых с помощью черных дыр реально переместиться сквозь пространство-время в другую Вселенную.

Модель описывающая такое перемещение называется “мостом Эйнштейна-Розена”.

Математическое представление моста Эйнштейна-Розена в виде графика непроходимой кротовой норы Лоренца (Шварцшильда). Источник изображения: wikimedia.

org

Согласно этой модели, в сингулярности пересекаются Вселенные, а она образует своеобразный подпространственный туннель, который соединяет между собой черную и белую дыры.

Из-за того что сингулярность скрывается за горизонтом событий, то каким-либо образом визуально наблюдать ее невозможно. Однако, теоретиками разрабатываются модели (реалистичные и не очень), при которых обнаружение сингулярности становится возможным.

Так, согласно одной из теорий, если увеличивать скорость вращения черной дыры, то при достижении определенного порога скорости горизонт событий и сингулярность могут отделиться друг от друга.

Художественное представление голой сингулярности. Источник изображения: cse.unsw.edu.au

Для того, чтобы разогнать вращение черной дыры будет необходимо дополнительно увеличивать и ее массу, а это практически невозможно из-за существования порога, после которого вращение дыры становится никак невозможным.

Но если предположить, что дополнительная масса будет введена в черную дыру, которая уже вращается с очень высокой скоростью или ее вращение только-только началось, то при таких обстоятельствах возможность разгона вращения черной дыры до обнажения ее сингулярности становится возможным.

Теоретически в нашей Вселенной есть такие черные дыры, у которых горизонт событий не окутывает сингулярность.

Технологическая сингулярность

Данный термин имеет отношение, в первую очередь, к футурологии, стремящейся предопределить будущее. В качестве базы берутся определенные тенденции в технологии, экономике или социальной сфере, после чего осуществляется их экстраполирование.

Технологическая сингулярность — гипотетический момент, после которого, по мнению некоторых теоретиков, технический прогресс будет настолько стремительным и сложным, что станет невозможным для человеческого понимания. Источник изображения: kaskus.co.

Согласно теории технологической сингулярности, уже в скором времени наступит момент, когда человеческий разум окажется неспособным понять прогресс. Такое реально только после успешной разработки искусственного интеллекта, который сможет обучать сам себя. Такого же результата стоит ожидать от симбиоза человека и компьютерных технологий.

Некоторые ученые считают, что момент технологической сингулярности настанет уже в 2030 году.

Математическая сингулярность

В математическом понимании сингулярность – это точка, в которой функция или уравнение стремится к бесконечности. Или же возможны ситуации, при которых функция отличается иными непостоянности поведения.

Примеры математических сингулярностей:

1)в (0,0) кривая заданная функцией y^2 = x^3 + x^2 имеет особенность — самопересекается;

Пример математической сингулярности кривой y^2 = x^3 + x^2 . Источник изображения: dic.academic.ru

2) У функции f(x) = 1 / x есть особенная точка в ноле, там функция стремится к положительной бесконечности в правой части и к отрицательной бесконечности в левой части слева.

Пример математической сингулярности на графике функции y=1/x . Источник изображения: dic.academic.ru

Понятие сингулярности в области биологии

В биологии данный термин применяется крайне редко. Обычно он используется при рассмотрении обобщений в процессе эволюции.

Таким образом, сингулярность представляет собой неизученное явление. Математические, технологические и биологические варианты обладают осязаемыми параметрами, а вот с отличительными особенностями остальных вариантов все намного сложнее.

В теоретической физике тяжело оперировать терминами, которые невозможно пощупать или оценить. Верить результатам математических расчетов есть смысл только тогда, когда изучаемые объекты материальны.

Это существенно усложняет изучение сингулярности, ведь она не только не материальна, но и не доказана на данный момент. Поэтому даже ее теоретическое использование остается под вопросом.

Что вы думаете о сингулярности? Оставляйте свое мнение в комментариях.

Источник: http://enciklopediya-tehniki.ru/novosti-nauki-i-tehniki/chto-takoe-singulyarnost-kak-ee-ponimayut-v-razlichnyh-oblastyah-nauki.html

Что такое сингулярность? — Сообщество «Это интересно знать…» на DRIVE2

Продолжаем объяснять смысл часто употребляемых выражений, которые зачастую используются в разговорной речи в абсолютно неправильном значении. Что происходило в момент Большого Взрыва, что такое «принцип космической цензуры» и что станет с историей в постчеловеческую эру?

В других науках термин «сингулярность» стал обозначать единичные, особые явления, для которых перестают действовать привычные законы. Например, в математике сингулярность — это точка, в которой функция ведет себя нерегулярно — например, стремится к бесконечности или не определяется вообще.

видимой внешнему наблюдателю) сингулярности». В черных дырах сингулярность скрыта за так называемым горизонтом событий — воображаемой границей черной дыры, за пределы которой не вырывается ничего, даже свет.

Но ученые продолжают верить в существование где-то в космосе «голых» сингулярностей. А самый яркий пример сингулярности — состояние с бесконечно большой плотностью материи, возникающее в момент Большого взрыва.

Ученые и писатели-фантасты обозначают этим термином тот переломный момент, после которого технический прогресс ускорится и усложнится настолько, что окажется недоступным нашему пониманию. Исходно этот термин предложил американский математик и писатель-фантаст Вернор Виндж в 1993 году.

Он высказал следующую идею: когда человек создаст машину, которая будет умнее человека, история станет непредсказуемой, потому что невозможно предугадать поведение интеллекта, превосходящего человеческий. Виндж предположил, что это произойдет в первой трети XXI века, где-то между 2005 и 2030 годами.

В 2000 году американский специалист по развитию искусственного интеллекта Елиезер Юдковски также высказал гипотезу о том, что, возможно, в будущем появится программа искусственного интеллекта, способная совершенствовать саму себя со скоростью, во много раз превосходящей человеческие возможности. Близость этой эры, по мнению ученого, можно определить по двум признакам: растущая техногенная безработица и экстремально быстрое распространение идей.

Темой технологической сингулярности вдохновлялись писатели жанра «киберпанк» — например, она встречается в романе Уильяма Гибсона «Нейромант». Она показана и в популярном романе современного фантаста Дэна Симмонса «Гиперион» — там описывается мир, помимо людей, населенный Искинами, — то есть носителями искусственного интеллекта, которые вступают в конфликт с человечеством.

Источник: https://www.drive2.ru/c/3212155/