Koncept singularity je interdisciplinární. Koneckonců se vyskytuje jak ve fyzice, tak v matematice. To není tak překvapivé, když si uvědomíme velmi úzký vztah, který se mezi těmito dvěma oblastmi vědění vyvinul. Galileo Galilei, velký italský vědec, údajně řekl, že "matematika je abeceda, kterou Bůh napsal vesmír". A skutečně, když se podíváme naPokud si vzpomeneme na přírodní vědy, fyziku, chemii a dokonce i biologii, které jsme viděli ve škole, můžeme matematiku chápat jako stálou přítomnost, když se člověk snaží popsat přírodu.

Pravdou je, že existuje více filozofických pohledů na důvody vztahu mezi moderní vědou a matematikou. Ve skutečnosti je však matematika základním nástrojem například pro vytváření teoretických předpovědí ve fyzice. Nebo pro vývoj modelů, které popisují realitu. A na nich je můžeme testovat s experimentálními daty. Relativita, například, aby bylauznávaná teorie, jakou je dnes, musela být prokázána pozorováním vesmíru.

Pojem singularity, ačkoli se vyskytuje v teoriích vytvořených na základě matematiky, je však složitější. Je to proto, že ve skutečnosti nepředstavuje něco fyzikálního, ale spíše bod v prostoru, kde fyzika, jak ji známe, přestává fungovat.

Matematika černých děr

Obrázek: solarseven/Getty Images

Každý student prvního ročníku matematiky, i když to zatím neví, se často setkává se singularitami. V předmětech z matematiky se například běžně setkáváme s výrazy typu y = 1/x. A jak se x blíží nule, y roste a směřuje k nekonečnu. Problém je v tom, že nekonečno ve skutečnosti nelze brát jako číslo. Ale spíše jako něco obecnějšího, např.matematický pojem. Koneckonců, když věc zjednodušíme, nelze počítat do nekonečna. Takže i kdyby dotyčná rovnice popisovala něco fyzikálního, je v přírodě nemožné, aby v ní byl bod, v němž x = 0. Tedy singularita.

Ve fyzice se singularity objevují například v obecné teorii relativity. A Karl Schwarzschild, slavný astrofyzik, aplikoval Einsteinovy myšlenky na soustavu kulové hmoty, například na hvězdu. Matematické řešení pak obsahovalo tyto body ve středu tělesa a v určité vzdálenosti od něj (tzv. Schwarzschildův poloměr). Pokud tedy stlačíme hmotu tělesa uvnitřSchwarzschildův poloměr, dochází k procesu kolapsu vlivem gravitace. Objekt se tedy nakonec zredukuje na nekonečně malý bod. Tedy bod centrální singularity, který tam zůstane, i když změníme referenční souřadnice pro výpočty.

To se děje u známých černých děr, tedy těles, v tomto případě zhroucených hvězd, jejichž hustota v centru je nekonečná. Tedy singularita. A právě tuto nekonečně malou oblast prostoru nedokážeme dobře popsat naší fyzikou. K tomu bychom zřejmě potřebovali nový model gravitační přitažlivosti. Přesněji řečeno takový, který by se skládal ze dvou částí.velmi intenzivní síly na malých délkových škálách. Tedy kvantová teorie gravitace.

Singularita velkého třesku

Obrázek: Shutterstock

Teorie velkého třesku vyvolala ve svých prvních okamžicích značnou kontroverzi, a to jak pro své filozofické důsledky, tak dokonce i ve vědecké komunitě. Zajímavostí je, že tvůrce pojmu "velký třesk" ve skutečnosti navrhl alternativní model. Fred Hoyle, jeden z velkých odpovědných činitelů za naše chápání vzniku chemických prvků a energie ve hvězdách,Postupem času se však začaly objevovat důkazy o rozpínání vesmíru, a tak se velký třesk díky vlastnímu pozorování vesmíru stal nejkonsolidovanější teorií o vzniku času a prostoru.

Problém spočívá v tom, že bod, kde došlo k velkému třesku (tj. "velký třesk"), je sám o sobě singularitou. Takže i když je to velmi úspěšná teorie, není úplná v pochopení vesmíru v čase. A jedna z teoretických možností, jak tento problém vyřešit, by mohla být v teorii kauzálních množin. V ní je časoprostor, již ohraničuje teorie relativity.Obecně by se nejednalo o kontinuum. Spíše by se rozpadalo na kousky. Například na "atomy časoprostoru". A nic ve vesmíru by nebylo menší než ony, což by znemožnilo existenci singularit.

Úkolem je pokusit se popsat počáteční okamžiky velkého třesku pomocí těchto teoretických nástrojů. Poté by se vesmír stal obřím a "dobře zvládnutým". A pak by se kontinuum stalo dobrou aproximací. V každém případě neexistuje univerzální řešení, které by tuto mezeru v našem chápání věcí zaplnilo. Jinými slovy, čeká nás ještě hodně práce. Můžeme si však být jisti, že všichni.tyto snahy budou fascinující.