Действительно ли нарушение космической цензуры означает нарушение причинно-следственной связи?

Насколько я понимаю, основной мотив исключения голой сингулярности заключается в том, что мы не знаем, что происходит в сингулярности, и, следовательно, мы не сможем ничего предсказать во Вселенной, если вокруг такой сингулярности не будет горизонта. неизвестный регион. Но причина, по которой мы не понимаем, что происходит в сингулярности, заключается в том, что у нас нет теории квантовой гравитации. Но когда у нас есть теория квантовой гравитации, это ограничение должно исчезнуть. Таким образом, причинность должна сохраняться даже при голых сингулярностях.

Это очень культурный факт, что на данном этапе мы не знаем, как обращаться с сингулярностями без горизонтов. Таким образом, кажется довольно наивным предполагать, что причинность действительно будет нарушена, если горизонты не охватывают сингулярность. Хотя я считаю, что при некоторых ограниченных энергетических условиях гипотеза о цензуре была доказана, и, таким образом, цензура может быть правильной по каким-то другим причинам, кроме причинно-следственных, но причинно-следственная связь, похоже, не принуждает цензуру.

Решения Керра имеют замкнутые времениподобные кривые.

Ответы (3)

Причина, по которой голые сингулярности являются проблемой, заключается не в том, что они подразумевают нарушение причинности в смысле существования замкнутых времениподобных кривых (хотя иногда это так: см. ниже), а в том, что они подразумевают, что ОТО не является полезной теорией, даже в случаях, когда это должно быть полезно, потому что во многих случаях будущее нельзя предсказать по прошлому. Так, в частности, если ОТО предсказывает, что нецензурированные сингулярности возникают при старте из физически разумных начальных условий, то ОТО бесполезна для предсказания того, что происходит в этих случаях: вам нужна лучшая теория, которая делает полезные предсказания о том, что происходит, когда ОТО предсказывает необычность.

Если космическая цензура терпит неудачу, то во многих случаях ОТО не может быть полезной предсказательной теорией. В частности, она перестает (или может перестать) быть полезной предсказательной теорией для космологии. Ну, хотелось бы, конечно, чтобы это было полезно для космологии.

Таким образом, вопрос, на который пытается ответить космическая цензура, звучит так: «Является ли ОТО, которая, как мы знаем, не совсем правильной теорией, по-прежнему применима в режимах, где мы хотели бы, чтобы она была хорошим приближением, или она не работает даже там?».

Обратите внимание, что разумное (действительно распространенное) определение «нарушения причинности» является «полезно предсказательным», как говорит Бен Кроуэлл в комментарии: в этом смысле голые сингулярности всегда нарушают причинность.

Однако на самом деле это еще хуже. Как упоминалось в других ответах, некоторые решения (Керр) могут иметь как голые сингулярности, так и CTC, в то время как некоторые (Рейснер-Нордстрем) имеют только голые сингулярности.

Но это две разные патологии. Так что недостаточно иметь какую-то КГ-теорию, которая фиксирует сингулярности: этой теории также нужно будет фиксировать СТС.

Спасибо за ваш ответ. Хотя это не связано с моим первоначальным вопросом, можете ли вы уточнить, почему ЦОК считаются крайне патологическими? За исключением возни с человеческой интуицией неспособности проникнуть в собственное прошлое, создает ли это какие-либо конкретные теоретические/математические проблемы, которые оценит «неинтуитивный» физик-теоретик?
Я думаю, что это может стоить независимого вопроса: это достаточно интересно, и вы получите лучшие ответы, чем этот, поскольку его увидит больше людей. Однако я думаю, что проблема в том, что, поскольку сейчас существуют события, которые находятся в своем собственном прошлом, становится невозможным предсказывать будущее так, как вам хотелось бы: поэтому, если я возьму некоторую подходящую пространственно-подобную поверхность (поверхность Коши), я не могу больше предсказывать будущее от него.
Причина, по которой голые сингулярности представляют собой проблему, не в том, что они подразумевают нарушение причинности (хотя иногда это происходит: см. ниже). Голая сингулярность всегда подразумевает нарушение причинности, если вы используете стандартное (насколько мне известно) условие, согласно которому пространство-время должно быть глобально гиперболическим. Если вам не хватает глобальной гиперболичности, то у вас нет существования и уникальности решений задач Коши, а это в значительной степени определяет нарушение причинно-следственной связи.
@BenCrowell: я согласен с этим. Я использовал определение в смысле «существующих замкнутых времяподобных кривых», но я этого не утверждал. Я разработал ответ, который, я надеюсь, будет более удовлетворительным (по крайней мере, теперь он говорит то, что я имею в виду!)

Внутри горизонта Керра имеются замкнутые времяподобные кривые. Очевидный способ убедиться в этом — пройти через центр кольцевой сингулярности (таким образом, не пересекая кольцевую сингулярность), т.е. р становится отрицательным, а критерий Бойера-Линдквиста ф становится времениподобным. Поскольку по построению орбиты ф замкнуты, это означает, что они являются замкнутыми времениподобными кривыми.

Спасибо за ваш ответ! Но я не понимаю, как замкнутые времениподобные кривые связаны с голыми сингулярностями. Можете ли вы немного объяснить?
@Dvij Внутри горизонта керра есть замкнутые времениподобные кривые. Что тут объяснять? Если убрать горизонт, есть области, где прошлое перетекает в будущее.
@Dvij: я думаю, что я говорю о том, что существует известный класс решений GR (а именно, а > М модели Керра), имеющая голую сингулярность и замкнутые времениподобные кривые. Следовательно, если бы можно было «раскрутить» дырку Керра так, чтобы а > М , то также можно было бы создавать нарушения причинно-следственной связи. Единственный способ предотвратить это — космическая цензура.
Хорошо. Я понимаю, что в случае с решениями Керра единственный способ предотвратить причинно-следственную связь (т. е. исключить голые CTC) — это избежать голых сингулярностей. Но означает ли это, что мы должны избегать голых сингулярностей во всех случаях? Я имею в виду, например, что в чистом RN-решении, если мы допускаем суперэкстремальный случай, то CTC отсутствуют, но мы имеем голую сингулярность. Каким образом голая сингулярность (сама по себе) нарушает причинно-следственную связь (учитывая, что на самом деле существует квантовая теория гравитации, в принципе способная выяснить, что происходит в центре)?
Почему минусы?

Насколько мне известно, голая сингулярность не подразумевает закрытое время, как кривые или другие изменения порядка событий. Я согласен с ОП в том, что основным примером является перегруженный Reisser-Nordstrom.

Тем не менее, голая сингулярность — это проблема, поэтому реальная теория квантовой гравитации должна устранить эту патологию. Чтобы быть более точным, голая сингулярность означает, что пространство не является глобально гиперболическим, то есть нет поверхности Коши, то есть задан набор действительных и полных начальных условий. Я не могу предсказать будущее, поскольку сингулярности действуют как точки возмущения. в ваших уравнениях. См. Уолд для получения дополнительной информации.

Я лично нашел решения супергравитации (связанные с некоторыми струнными конфигурациями бран) с теми же асимптотическими зарядами голой сингулярности, но без реальных сингулярностей ( https://arxiv.org/pdf/1701.05520.pdf , но это техническое, вы предупреждены!).

Спасибо за ваш ответ и ссылку в нем. Можете ли вы уточнить, как «голая сингулярность является проблемой» сама по себе? Как вы согласны, голая сингулярность не обязательно подразумевает CTC. И если у нас есть правильная теория КГ (которую, по-видимому, имеет сама природа), то то, что выйдет из голой сингулярности, на самом деле не является неопределенным. Это будет продиктовано законами QG. И поэтому я считаю, что голые сингулярности не должны вызывать проблемы неполной предсказуемости. Можете ли вы уточнить, какие проблемы вы имеете в виду, которые может вызвать голая сингулярность?
Ссылаясь на некоторую недавнюю литературу ( arxiv.org/pdf/1702.05490.pdf ), существование голых сингулярностей может означать некоторые проблемы для гипотезы о слабой гравитации. Я считаю, что гипотеза слабой гравитации, скорее всего, верна, основываясь на многих впечатляющих ограниченных доказательствах, которые мы уже получили для нее.
Голая сингулярность действительно подразумевает нарушение причинности. Когда у вас есть голая сингулярность, пространство-время не является глобально гиперболическим. Глобальная гиперболичность — это необходимое условие, если вы хотите, чтобы решения задач Коши существовали и были уникальными.
Это вопрос того, как вы определяете причинно-следственную связь. Здесь ОП рассматривал не строгое определение причинности, а более распространенное значение «хорошо упорядоченного причинно-следственного потока». Я согласен, что это может ввести в заблуждение.