что такое сингулярность простыми словами для чайников
masterok
masterokМастерок.жж.рф
Хочу все знать
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.
«Когда человек создаст машину, которая будет умнее человека, история станет непредсказуемой, потому что невозможно предугадать поведение интеллекта, превосходящего человеческий»
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-фантастыобозначают 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-фантастВернор 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.
«Это был сингулярный случай, когда механизм вышел из-под контроля». Правильно — «единичный».
«Я уверен, рано или поздно Вселенная снова схлопнется в сингулярность».
«Мне нравится этот роман — лучшее описание технологической сингулярности из всех, что я читал».
Что такое сингулярность? Объясняем в 5 простых фактах
Это одно из тех слов, которое вертится на языке, и кажется, что ты знаешь его значение. А потом, когда оно мелькает в разговоре, ты долго пытаешься угадать, что оно значит, но так и не получается. Чтобы больше не чувствовать себя неловко, прочитай нашу статью и узнай, что же значит слово «сингулярность» в разных смыслах.
Вспомните, как вы рисовали графики на алгебре. Линия на некоторых из них могла тянуться бесконечно, если бы ее не ограничивал тетрадный лист. Куда бы вы ни поставили точку на такой линии — это будет сингулярность, стремящаяся к бесконечности. Иногда она не имеет предсказуемого поведения — после нее линия может пойти вверх, вниз или в любую другую сторону.
Это область, где черные дыры сильно искажают пространство-время. В реальной жизни ее можно сравнить с люком посреди дороги. Если вы бросите камень в люк-сингулярность, он попадет в другое пространство, подземное. Астрономы предполагают, что через эти сингулярные области можно попасть в другую реальность, так как законы физики здесь не работают.
Это состояние Вселенной во время Большого взрыва. Предполагают, что Вселенная родилась из атома вещества бесконечно высокой температуры и плотности. Когда температура достигла немыслимого предела, вещество взорвалось, и из него образовалась Вселенная. Момент взрыва называют сингулярностью.
В области технологий
Это момент, когда роботы станут улучшаться без участия человека. Есть теория, что это произойдет до 2045 года, когда искусственный интеллект превзойдет человека.
Это система устройства мира, согласно которому весь мир помещен в одну точку, маленькую, как атом.
Сингулярность — что это такое простыми словами
Сингулярность — что это простыми словами
Каждый из нас изучая и познавая окружающее мироздание, нередко сталкивается с событиями, описанными как «сингулярность». Термин позаимствован из латинского языка (singularis), что означает «уникальность», «единственность» или «особенность» чего-либо.
Наше познание и понимание не безгранично, и когда в какой-то области мы наблюдаем, предполагаем или ощущаем процессы, но объяснить не можем. Предполагаемые явления в данный момент времени, находятся как бы за горизонтом уровня наших знаний.
Про Сингулярность простыми словами
Рассмотрим это понятие на некоторых примерах:
Хоть уже давно математически доказано возникновение Вселенной из объекта сингулярности, но это пока находиться за горизонтом нашего восприятия:
Футурология о технологичной сингулярности
Великий ученый нашей современности Stephen Hawking (Стивен Хоукинг) подтвердил в своей теории расширения Вселенной возникновение «сингулярности», но это не соответствует классическим законном современной физики. Законам, согласно которым не соответствует состоянию космологической сингулярности (плотность материи и температура одновременно имели бесконечные значения).
Современное научное сообщество проводит фундаментальные исследования, чтобы попытаться найти ответы, что было до Большого взрыва. Так Stephen Hawking разрабатывал теорию квантовых полей, условия, способные нарушить состояние энергодинамичности. Также есть предположения, что используя квантовую гравитацию, можно будет понять динамику развития процессов, где отсутствуют данные.
Что ждет человечество, как будут развиваться общественные, социальные, межгосударственные и другие отношения в мире, над этим работают ученые футурологи. Что ждет планету Земля в глобальном смысле, в ближайшем и далеком будущем. Какие процессы окажут самые главные влияния на развитие цивилизации.
Бурное развитие науки, техники, экономики и других процессов в XXI веке неразрывно связаны с социальным развитием современного общества и отражается в определенных закономерностях и динамке. Полученные в прошлом данные экстраполируются виде прогнозов бедующих явлений и процессов.
Простыми словами экстраполяция — это процесс работы с «неизвестными данными, будущими» на основе полученных данных в прошлом и настоящем. Это позволяет сделать более достоверный и предсказуемый прогноз будущего.
Технологическая сингулярность — это одна из теорий развития будущей науки. Футурологи предполагают и прогнозируют ближайшее будущие время развития науки и технологий до такого уровня, когда оно станет не доступным для понимания человечества. Эти прогнозы вероятной картины будущего представлены в возможностях:
Выводы
Необходимо сделать важное дополнение к сказанному выше. Не все ученые мужи согласны с «перспективой» технологичной сингулярности (высокого интеллекта компьютеров и роботов), так как понимают, что всё человечество попадет в очень сложную ситуацию.
Про сингулярность простыми словами
В связи с этим многие передовые ученые и компании разрабатывают технологии способные в значительной степени повысить и даже уровнять шансы человечества перед машинами.
Некоторые просветители науки просто исключают возможность как таковую сингулярность в технологическом развитии общества. Их оптимистическая теория констатирует, что с техническим интеллектом машин будет развиваться и эволюционировать мозг человека, который всегда будет выше на несколько шагов самых умных машин.
Сингулярность (кратко)
Давайте рассмотрим простым языком и выясним что это такое.
Чем ближе пространство к «горошине» тем сильнее действует на нее гравитационная сила.
Насколько сильно притягивает сингулярность?
Рассмотрим на примере человека притяжения к Земле.
возьмем пример человека который летит к сингулярности
Предположим что такой человек ростом 2 метра находится уже в двух метрах от сингулярности и лежит горизонтально.
С атомами все тоже самое!
@moderator, а удалить пост незя? яндекс выдает ссыль на этот пост при запросе «сингулярность», а я реально хочу про сингулярность узнать
Предположим что такой человек ростом 2 метра находится уже в двух метрах от сингулярности и лежит горизонтально.
Ошибочка. Человек на картинке расположен вертикально относительно сингулярности (хотя и горизонтально для тех, кто смотри с экрана компьютера). Будь он расположен горизонтально к сингулярности, он был бы скручен в дугу или кольцо. Вертикаль – это линия, направленная на центр притяжения, горизонталь – линия перпендикулярная к вертикали.
вы дошли до этого открытия, если сами ниже приводите формулу силы гравитации, обратно пропорциональной квадрату расстояния? Человек рядом с Землёй равноудалён от всех её точек?
Далее про сингулярность:
возьмем пример человека который летит к сингулярности
Где летит, если пространство сжато в точку?
ТС, если вы ближайший родственник баобаба, зачем людям пудрить мозги? Посмотрели «Спокойной ночи, малыши!», почистили зубы и спать.
ТС, у вас сплошные опечатки в тегах. Вместо «наука», «космос» и «сингулярность» должны быть «школота», «въебал говна», «бред сивой кобылы».
это какой атом можно разорвать пополам? Они как бы не совсем однородны.
Грибы из Чернобыля помогут человечеству колонизировать Луну и Марс
При этом грибная биомасса, использующая в качестве ростового катализатора ионизирующее излучение, может самостоятельно восстанавливаться и оказывать сопротивление повышенному воздействию радиационных источников. И если получится достичь слоя грибной массы толщиной в два метра и более, то этот щит способен будет уберечь астронавтов, снизив уровень излучения до вполне терпимых условий. Стоит напомнить, что на Земле магнитное поле спасает людей от активного потока заряженных частиц. При этом человек в течение года жизни получает дозу ионизированного излучения, которая едва достигает отметки в 6,2 миллизиверта. Работники МКС получают ежегодно уже 144 миллизиверта. Для тех, кто планирует отправиться на Луну или Марс, следует быть готовым к дозе в 400 миллизивертов, что практически в два раза больше допустимой максимальной дозы облучения, установленной для ликвидаторов аварии АЭС в Чернобыле. Там людей освобождали после получения 250 миллизивертов.
В этом случае миссия на Марс не может превышать двух-трех лет, что значительно затягивает научный процесс, так как для успешной реализации космической программы необходимо минимум 5-6 лет. Но этот срок без эффективной защиты просто убьет покорителей Красной планеты. Американцы планируют высадиться на Луне в 2025 году, а еще через три-четыре года руководство NASA собирается установить на естественном спутнике Земли первую станцию, которая станет перевалочным пунктом для путешествий к Марсу.
Девятой планете быть?
Британский астроном Майкл Рован-Робинсон из Имперского колледжа Лондона обнаружил потенциальную новую планету Солнечной системы
Она тяжелее Земли в 3-5 раз.
Он изучил снимки космической обсерватории IRAS и обратил внимание на объект на окраине Солнечной системы, который может оказаться неуловимой планетой Икс.
Как отметил Рован-Робинсон, параметрам гипотетической планеты Икс соответствует только один объект, присутствующий на снимках IRAS. Если обнаруженный объект на самом деле окажется девятой планетой Солнечной системы, то расстояние между этой планетой и Солнцем составляет от 225 до 250 расстояний между Землей и Солнцем. При этом, планета примерно в три-пять раз массивнее Земли.
Планета Икс — гипотетическое небесное тело, которое, согласно некоторым предположениям, может существовать на окраине Солнечной системы. Несколько лет назад планетологи из США Константин Батыгин и Майкл Браун сообщили, что обнаружили следы планеты Икс — расчеты ученых показали, что таинственная планета, удаленная от светила на 100 миллиардов километров, имеет размеры Нептуна или Урана.
Поиски неуловимой планеты пока что не привели ученых к четким результатам, однако Майкл Рован-Робинсон заявляет, что его открытие может оказаться той самой планетой Икс. Астроном говорит, что небесное тело не было обнаружено до сих пор из-за того, что оно вращается вокруг Солнца по сильно наклоненной орбите.
Ввиду развернувшейся в комментариях дискуссии
Ученый искал эту планету почти 30 лет.
Далее из его работы
В 1980-х годах уже давно существовал интерес к тому, что в то время считалось десятой планетой, Планетой X. Оказалось, что на орбите Нептуна есть необъяснимые обломки. Хотя они были намного меньше, чем обломки на орбите Урана, благодаря которым Ле Веррье и Адамс открыли Нептун, они побудили Томбо к поиску новой планеты. Что привело к открытию в 1930 году того, что мы теперь знаем как карликовую планету Плутон. Быстро стало ясно, что Плутон слишком мал, чтобы объяснить обломки на орбите Нептуна, и поэтому возможность существования десятой планеты оставалась (полный исторический обзор и ссылки см. в Батыгин и др. (2019)).
В 1983 году, работая над подготовкой каталога точечных источников IRAS, я предпринял систематический поиск Планеты X в данных IRAS. Поиск оказался безуспешным, хотя удалось обнаружить комету Боуэлла (Walker и Роуэн-Робинсон 1984). Забавно, что недопонимание, которое произошло на брифинге научной группы IRAS, проведенного старшими сотрудниками НАСА, привело к тому, что в 1983 году в прессе появилась информация о том, что IRAS открыл десятую планету. (см. Rowan-Robinson 2013 для подробного описания того, как возникло это недоразумение).
Интерес к Планете X вновь вспыхнул в конце 1980-х годов
(Harrington 1988, Seidelmann and Harrington 1988, Jackson and Killen 1988, Neuhauser and Feitzinger 1991) и Королевское астрономическое общество организовало дискуссионную встречу в 1991 году по теме «Динамика Солнечной системы и Планета X». Я представил отчет о моих поисках в IRAS и пришел к выводу, что я на 70% уверен, что Планеты X не существует. Цифра 70% относилась к области неба, в которой я смог провести свои исследования IRAS. Отчеты об этой встрече были представлены Моррисоном (1992) и Кроссуэллом (1991).
Впоследствии повторное измерение массы Нептуна выявило отсутствие нептунианских объектов (Standish 1992). Отсутствие отклонений от орбит космических аппаратов «Пионер» и «Вояджер» показывает, что ни одна неизвестная массивная планета Солнечной системы не находится в плоскости эклиптики.
Луман (2014) использовал данные WISE, чтобы установить жесткие ограничения для объектов с массой Сатурна или Юпитера массы объектов в Солнечной системе до 28 000 и 82 000 АЕ (астрономических единиц), соответственно.
Открытие десятков новых карликовых планет в течение последующих двадцати лет привело как к пересмотру определения
Плутона как карликовой планеты, так и к их потенциал в поиске возможных далеких массивных планет на сильно наклоненных орбитах.
Батыгин и Браун (2016) и Браун и Батыгин (2016), развивая идею Трухильо и Шеппарда (2014), предположили, что планета массой в несколько десятков земных масс на наклонной и эксцентричной орбите на расстоянии 280-1000 АЕ может объяснить выравнивание орбит карликовых планет пояса Койпера.
Поскольку эта планета была значительно более удаленной, чем Планета X,
которую я искал в 1983 году, я подумал, что стоит повторить мой поиск в IRAS и определить количественно, каковы ограничения для такого объекта. Фиенга и другие (2016), Холман и Пейн (2016), Иорио (2017), Миллхолланд и Лафтон (2017), Medvedev et al (2017), Caceres and Gomes (2018), Brown and Batygin (2019), Batygin et al (2019) и Fienga и др. (2020), дали дополнительные динамические ограничения на орбиту Планеты 9. В частности, Фиенга и другие (2016) используя данные радиолокации Кассини пересматривают параметры возможной планеты с орбиты Показать полностью 1
Разбор короткометражного фильма «Странники» («Wanderers»)
В этом разборе мы посмотрели фильм Эрика Вёрнквиста 2014-ого года «Странники» и рассмотрели каждый кадр, чтобы понять насколько он реалистичен.
Они улетели и не вернутся никогда. Вояджеры
Проект «Вояджер» – один из самых масштабных и успешных космических проектов, созданных человечеством. Ученые до сих пор изучают данные, собранные в рамках миссии, а аппарат «Вояджер-1» является самым отдаленным объектом, который создал человек.
Но обо всем по порядку:
В середине 60-х годов в своей работе о гравитационных маневрах и полетах к дальним планетам один никому не известный студент-интерн указал на удачное сближение сразу четырех планет: Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна. Таким событием, конечно же, заинтересовались ученые из NASA, и уже в 1969 году был готов проект по запуску 4 автономных космических аппаратов, которые смогли бы максимально близко подлететь к планетам и изучить все их разом. Но финансирование урезали – денег хватило только на 2. Аппараты отправили в космос 20 августа и 5 сентября 1977 года, назвав проект «Вояджер» (с англ. «Путешественник») буквально за несколько дней до старта.
Чего только не было на борту Вояджеров: и камеры в высоком разрешении с разным углом обзора, и спектрометры с многочисленными настройками, детекторы плазмы, космических лучей, волн всяческих… В общем, вооружили их до зубов и на все случаи жизни.
К борту каждого из аппаратов был прикреплен диск с посланием внеземным цивилизациям. На пластинке записаны приветствия на разных языках, звуки Земли, классическая музыка, изображения земных пейзажей и многое другое. До сих пор не утихают споры о целесообразности и безопасности таких посланий. Делались они с твердой верой во внеземной разум или чтобы «увековечить» себя во Вселенной – не ясно. На эту тему у меня есть отдельный пост «Золотое послание Вояджера».
В чем же значимость проекта?
Программа «Вояджер» создавалась для исследования Юпитера и Сатурна, о которых в то время было известно очень мало, а так же для исследования спутников этих планет. Но миссия не ограничилась только этим. Сбор данных начался уже через несколько дней после старта. Выйдя в открытый космос и встав на свой курс, «Вояджер-1» передал на Землю первую свою фотографию: Земля и Луна с расстояния 11 млн км.
К концу года оба аппарата вошли в Пояс астероидов и там, в бескрайней космической пустыне, «Вояджер-1» обогнал своего собрата, навсегда взяв лидер ство в этой гонке. Ученые знали, что это произойдет, из-за этого «Вояджер-2» нарекли вторым номером, несмотря на то, что запустили его первым. В январе 1979 года «Вояджер-1» стал сближаться с Юпитером. Каждый день в одно и то же время аппарат делал несколько фотографий планеты, а ученые сложили из них занимательный «кинофильм». На нем видно как дуют ветра в атмосфере, как рождаются смерчи-воронки и как крутится Большое красное пятно. На фото Юпитер с расстояния 33 млн км.
Пролетая мимо Юпитера, «Вояджер-1» сделал примерно 19 тысяч снимков гигантской планеты и ее спутников, большинство из которых были удачными и четкими. Американский физик Эдвард Стоун сказал: «У нас набралось открытий почти на десятилетие вперед, за этот короткий двухнедельный период». Уже улетая от Юпитера, аппарат сделал финальные фото одного из спутников (Ио). Фильтр постобработки удалил белое пятно около поверхности, распознав в нем бесполезный шум, а вот ученые увидели совершенно иное – облако вулканического пепла. Это открытие просто взорвало научный мир! Впервые ученые увидели извержение вулкана вне Земли.
«Вояджер-2» тоже не отставал. Вслед за своим «напарником» он продолжил изучать атмосферу Сатурна, систему его колец, а так же пролетел на бреющем полете мимо Энцелада – спутника Сатурна. На этом месте пути двух «братьев» разошлись. В 1981 году «Вояджер-2» круто поменял траекторию, направившись к Урану и Нептуну. Уже в 1986 году аппарат передал на Землю тысячи снимков Урана. Кстати, для этого на Земле пришлось модернизировать принимающие антенны, ведь расстояние до аппарата стремительно увеличивалось.
До 1986 года ученые знали про Уран лишь то, что он вращается на боку, у него есть 9 колец и 5 спутников. Уже первые снимки аппарата позволили открыть еще 2 кольца, а количество известных спутников увеличилось в 3 раза. При этом кольца были значительно моложе самой планеты. Вероятнее всего, Уран разрушил часть своих спутников приливными силами.
На очереди был Нептун и пока «Вояджер-2» летел к этой далекой планете, на нашей Земле вовсю проходила подготовка для приема слабеющего с каждым днем сигнала. Ранее модернизированные антенны приходилось дорабатывать вновь, причем существенно. Для лучшего приема антенны в разных частях света (Калифорния, Испания, Автралия) связали в одну единую сеть, а их диаметр расширили.
Нептун был последней планетой, с которой должен был встретиться Вояджер-2. Было решено пройти невероятно близко рядом с планетой — всего в 5 тыс. км от его поверхности (это было менее трех минут полета при скорости аппарата). Ювелирная работа, что сказать. Все маневры были заложены в аппарат заранее, ведь сигнал от Нептуна до Земли идет больше 4 часов! За это время «Вояджер-2» преодолеет свыше 200 тысяч километров и любая команда, направленная учеными, станет бесполезной. В декабре 1989 года камеры «Вояджера-2» были отключены навсегда. Позже были произведены несколько корректировок курса. На сегодняшний день часть приборов находится в рабочем состоянии. Ученые прогнозируют, что энергии батареи хватит до 2025 года.
В это же время «Вояджер-1», закончивший свою миссию, удалялся прочь от Солнца со скоростью 17 км/с. В феврале 1990 года Вояджер делает совместное фото всех планет Солнечной системы, среди которых есть и Земля. Фото, сделанное с расстояния 6 миллиардов километров, до сих пор остается самым удаленным снимком нашей планеты. Астрофизик и популяризатор науки Карл Саган много лет просил руководство проекта сделать это фото. С его легкой руки оно получило название «Бледно-голубая точка» (Pale Blue Dot). Снимок облетел весь мир и стал философским символом хрупкости нашего мира. Мира, который мы называем домом.
Сам Карл Саган сказал про этот снимок:
«Взгляните еще раз на эту точку. Это здесь. Это наш дом. Это мы. Все, кого вы любите, все, кого вы знаете, все, о ком вы когда-либо слышали, все когда-либо существовавшие люди прожили свои жизни на ней. Множество наших наслаждений и страданий, тысячи самоуверенных религий, идеологий и экономических доктрин, каждый охотник и собиратель, каждый герой и трус, каждый созидатель и разрушитель цивилизаций, каждый король и крестьянин, каждая влюбленная пара, каждая мать и каждый отец, каждый способный ребенок, изобретатель и путешественник, каждый преподаватель этики, каждый лживый политик, каждая «суперзвезда», каждый «величайший лидер », каждый святой и грешник в истории нашего вида жили здесь — на соринке, подвешенной в солнечном луче».
На сегодняшний день оба Вояджера удаляются прочь из Солнечной системы. Они уже пересекли гелиопаузу и вышли в межзвездное пространство. «Вояджер-1» остается самым удаленным рукотворным объектом. Расстояние до него 23 млрд километров (154 расстояния между Землей и Солнцем) и оно увеличивается каждую секунду! В 2027 году он должен удалиться от нас на один световой день. После 2030 года оба аппарата перейдут в режим радиомаяков из-за нехватки мощности, а к 2040 году умолкнут навсегда. Через 300 лет они приблизятся к внутренней границе облака Оорта, а после этого отправятся вечно странствовать по галактике Млечный путь.
Посмотреть за Вояджерами в реальном времени можно здесь.
Понравилась статья? Ставьте лайк и подписывайтесь, если еще не с нами.
Космос – это интересно!
Новость №1328: Астрономы недосчитались космических лучей в центральной молекулярной зоне
Новость №1326: На Земле произошла одна из крупнейших геомагнитных бурь за последние четыре года
Про теорию струн
Сингулярность или тот самый момент
Мифы современной популярной физики
Мопед не мой, я просто разместил объяву покрал статью с Хабра.
Где-то в альтернативной вселенной, согласно MWI, я стал гениальным физиком. Но в этой вселенной просто подробно слежу за профессиональными публикациями в области физики, зарабатывая себе на хлеб развозкой пиццы базами данных. Как следствие чуть более глубоких знаний, я не могу смотреть никаких научно-популярных передач. Это как железом по стеклу — тут oversimplification, тут просто неверно, тут есть тонкости…
Я решил сформировать список наиболее часто встречающихся неправд и полуправд. Итак, самое частое это…
Его изображают примерно так:
Далее обычно следует заявление: «Когда Вселенная была не больше размера атома. » и т. д. Здесь пропущено самое главное слово, которое полностью меняет смысл: «Когда видимая Вселенная была не больше размера атома. ». Видимая Вселенная, грубо говоря, это область, где свет мог пройти от одного места до другого с момента t=0. То есть небольшой шарик, который раздувается (примерно!) со скоростью света (на самом деле быстрее). Таких шариков может быть бесконечно много.
О, здесь просто бездна (черная дыра) популярных мифов. Начнем с Интерстеллар:
Для того, чтобы замедление времени было бы таким, планета должна была быть на расстоянии чуть более 0.003% от радиуса Шварцшильда. Между тем, судя по виду на черную дыру:
планета находится от горизонта событий не менее чем на 10*Rs. Мы уже не говорим о том, что такая планета, наверное, худший кандидат на планету, куда стоило лететь. Конечно, это художественный фильм. Никто не судит Звездные войны за звук взрывов в космосе. Но Звездные войны никогда и не претендовали на научность. А Интерстеллар — претендовал, причем с пафосом. Поэтому с него и другой спрос.
Чтобы закрыть тему с Интерстеллар, по современным научным данным, библиотеки внутри черной дыры тоже нет.
Замедление времени в черной дыре бесконечно
Интересный случай полуправды и неверных выводов. Начинается все с правильного утверждения: при приближении к горизонту событий для наблюдателей, подвешенных над черной дырой, замедление времени стремится к бесконечности. Это верно. Но из этого утверждения вырастает сразу несколько мифов:
• Замедление времени для падающего в черную дыру наблюдателя бесконечно
• Поэтому он увидит все будущее Вселенной — она для него будет ускоряться
• Падающие наблюдатели так и висят где-то недалеко от горизонта — ведь время для них бесконечно замедлилось
• Можно броситься им вслед и догнать их где-то там у горизонта, сколько бы не прошло времени
• Более того, они так никогда и не упадут в черную дыру, ведь для этого нужно бесконечное время
• Более того, можно даже сказать что на самом деле черных дыр не существует, ведь для их формирования нужно бесконечное время.
Все эти выводы растут из первого, неверного. Но он выглядит так правдоподобно, что в начале прошлого века долго вводил в заблуждение даже профессиональных физиков! Итак, мы имеем набор точек все ближе и ближе к горизонту, и замедление времени при приближении к горизонту стремится к бесконечности, а раз траектория падающего в черную дыру тела проходит через все эти точки, то для него замедление времени стремится к бесконечности! Логично? А вот и нет.
Замедление времени — это свойство траектории, а не точки пространства. То, что верно для наблюдателя, «подвешенного» на фиксированном растоянии над горизонтом, неверно для наблюдателя, падающего в черную дыру. Собственно, долгое время даже сам Эйнштейн не мог решить уравнение своей же общей теории относительности для областей внутри горизонта черной дыры — все упиралось в бесконечности на горизонте событий. Прогресс появился, когда вместо точек пространства стали рассматривать систему «дождя», свободно падающего внутрь черной дыры. В этой системе бесконечностей на горизонте не появлялось.
Более того, стало ясно то, что позже назвали «No drama» — при пересечении горизонта событий ничего особенного для свободно падающего наблюдателя не происходит — никакой тревожной музыки, пиу-пиу и зеленоватых всполохов. Провал под горизонт можно даже не заметить!
Для тех, кто хочет больше деталей о том, что происходит внутри черной дыры с точки зрения «дождя», я рекомендую почитать про координаты Эддингтона-Финкельштейна:
Они интересны тем, что просто водя по ним пальцем, можно графически дать ответы на много вопросов. В частности, про наши мифы:
• Свободно падающий наблюдатель достигает горизонта, а затем и сингулярности очень быстро (он падает почти со скоростью света). Если, не долетая горизонта, он передумает и даст «полный назад», то его раздавит в теории он очень долго будет выбираться назад, и вот тогда то он и схлопочет замедление времени по полной.
• Падающий наблюдатель видит оставленную им вселенную немного замедленной во времени и покрасневшей. Он продолжает ее видеть даже внутри горизонта (свет падает за ним)
• Падающие наблюдатели так и висят где-то недалеко от горизонта — но это чисто оптический эффект, свету от них очень сложно выбраться наружу
• Можно бросится им вслед, но как только вы станете приближаться к горизонту, вы увидите что их там уже нет. Если около горизонта висит «подвешенный» наблюдатель, то он сообщит (очень сильно замедленным голосом), что ваш коллега давно уже провалился внутрь. Давно — по данным этого наблюдателя с учетом того что он умный и корректирует свои наблюдения и в курсе того, что он сильно замедлен во времени. По его часам это время может быть очень коротким
• Более того, они так никогда и не упадут в черную дыру, ведь для этого нужно бесконечное время — ну, вы поняли что это совсем не так
Приливные силы разрывают всякого еще на подлете к черной дыре
Прочность нашего тела такова, что наше тело начнет разрывать примерно за секунду по времени до сингулярности. Учитывая, что свободное падение в черную дыру происходит почти всегда со скоростью, близкой к скорости света, то это произойдет примерно за 300000км до горизонта событий. Учитывая, что обычная черная дыра, являющаяся остатком звезды, имеет радиус 10-15-20км, то нас разорвет задолго до подлета к горизонту.
Однако, есть сверхмассивные черные дыры, массой в миллиарды солнечных масс, а радиусом больше орбиты Урана. В таких черных дырах лететь от горизонта к сингулярности — часы! именно в такие черные дыры можно провалиться, не заметив этого.
Чтобы получить черную дыру, надо сжать материю до чудовищной плотности
Опять таки, это верно для маленьких черных дыр. Радиус горизонта событий пропорционален массе. И это довольно удивительно, ведь при постоянной плотности масса объекта пропорциональна кубу радиуса.
Гравитационный радиус Земли чуть меньше сантиметра. Увеличим радиус Земли в 10 раз (оставив плотность материи такой же). Такая суперземля будет в 1000 раз тяжелее. Гравитационный радиус, соответственно, тоже увеличится в 1000 раз, а объем внутри гравитацонного радиуса увеличится в миллиард! раз. То есть в 1000 раз больше материи нам надо запихать в миллиард раз больший объем, то есть теперь сжимать материю надо в миллион раз меньше.
Таким образом, увеличивая масштаб любого тела, мы всегда дойдем до состояния, когда гравитационный радиус «догонит» настоящий. Так что черную дыру можно сделать из любого материала, не сжимая его — из воды, ваты, газа. Даже из вселенной с ее ничтожной средней плотностью — гравитационный радиус вселенной при ее плотности около 10 миллиардов световых лет.
Кстати, это одна из причин, почему невозможны статические решения Вселенной — она бы просто стала черной дырой. Нашей вселенной это не грозит, так как она расширяется.
Есть еще много мифов, если статья понравится, я продолжу.
Сингулярность: добро пожаловать в нигде
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.
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.
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.
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.
Впрочем, это далеко не единственная странность вокруг сингулярности. Среди диковинных гипотез, построенных на строгой основе общей тео¬рии 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 прий¬ти 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.
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.