Верят ли физики в точность теорем сингулярности?

Этот вопрос во многом основан на последнем сообщении пользователя Reddit RobotRollCall , который дал несколько фантастических объяснений явлений теории относительности на уровне неспециалиста. Около года назад она сказала:

Короткий ответ заключается в том, что «сингулярность», о которой вы говорите, является математическим артефактом, который возникает только при определенных условиях, и нельзя сказать, что он существует. Черная дыра состоит из горизонта событий и ничего больше.

Однако все, что я читал до сих пор, противоречит этому. Насколько я понимаю, теоремы Хокинга-Пенроуза о сингулярности дают хорошие (и довольно слабые/физические) ограничения на пространство-время, при которых черные дыры должны образовывать настоящие сингулярности. Так ли это, или есть что-то, о чем я до сих пор не читал, что предполагает, что теоремы о сингулярности вообще неприменимы? Я знаю, что на самом деле они предназначены для классической ОТО, но не делает ли их квантовая физика недействительной?

Здесь есть два тонко различающихся вопроса: (1) «Может ли неквантовая ОТО самосогласованно содержать сингулярности осмысленным образом?» (на что можно было бы ответить: «Да, рассмотрим Большой взрыв...») и (2) «Все ли сингулярности (просто черные дыры? каким-то образом через QM?»
@ChrisWhite: Re (1), нет смысла спрашивать, является ли ОТО самосогласованным (это просто дифференциальное уравнение), но имеет смысл спрашивать, дает ли оно уникальность и существование для задач Коши. Это сводится к глобальной гиперболичности (Hawking and Ellis, p. 206). Глобальная гиперболичность терпит неудачу, если терпит неудачу космическая цензура, но она не терпит неудачу просто потому, что существуют сингулярности.
Что касается названия, то они, кажется, таковы, поскольку Пенроуз (в 2020 году) был удостоен Нобелевской премии за свою теорему сингулярности 1970 года. Мне нравится ответ пользователя 4552, потому что он не соответствует планковской длине и, таким образом, вмещает такие космологические модели «генезиса черной дыры», как основанная на кручении модель, подробно описанная Никодемом Поплавски, чьи многочисленные соответствующие статьи (написанные между 2010 и 2020 годами) сгруппированы по его имя на сайте Cornell U. "Arxiv". Интересно то, что все сингулярности в черных дырах его модели должны быть одними и теми же, и я надеюсь, что этот комментарий может вызвать другие.

Ответы (1)

Наиболее распространенная интерпретация состоит в том, что эти теоремы доказывают, что при Большом взрыве и при астрофизическом коллапсе черной дыры мы действительно получаем такие экстремальные плотности, как плотность Планка.

Я не думаю, что кто-либо из профессиональных физиков верит, что процесс формирования сингулярности протекает так, как это описано в теоремах о сингулярности, для плотностей, выходящих за пределы планковской плотности. Общепризнано, что в этих условиях квантовые эффекты сильны, и мы не можем доверять классической ОТО.

Есть немного больше места для маневра для идеи, что плотность может не дотягивать до планковской плотности. Существует поле квазиклассической гравитации (например, Visser 2009), и если серьезно отнестись к их методам, возможно, что при астрофизическом коллапсе черной дыры классическая ОТО потерпит неудачу намного ниже планковского масштаба. Я думаю, что очень немногие релятивисты или люди, работающие над квантовой гравитацией, захотят поспорить на шесть кубиков, что это верно, потому что есть серьезные вопросы относительно обоснованности методов, используемых в полуклассической гравитации. (Они должны делать довольно странные перенормировки, и нет связи с экспериментом.)

Короткий ответ заключается в том, что «сингулярность», о которой вы говорите, является математическим артефактом, который возникает только при определенных условиях, и нельзя сказать, что он существует. Черная дыра состоит из горизонта событий и ничего больше.

Первое предложение достаточно точное, если учесть, что внутри черной дыры действительно есть что-то очень-очень плотное, а ранняя Вселенная действительно была очень-очень плотной. Второе предложение звучит глупо, хотя, возможно, оно было бы менее абсурдным в контексте. Масса-энергия локально сохраняется в ОТО, поэтому масса коллапсирующего тела должна быть где-то там.

Виссер, «Маленький, темный и тяжелый: но черная ли это дыра?», http://arxiv.org/abs/0902.0346 .

Таким образом, исходная цитата могла бы быть более точной, если бы она говорила, что у нас нет полностью принятой модели, которая говорит нам, что происходит внутри черных дыр, но похоже, что это, вероятно, не сингулярность, которую вы найдете в классический ГР?
@JohnnyMo1: ИМО, это слишком слабо. У нас есть довольно четкое представление о том, что в центре есть какой-то объект, очень-очень маленький и очень-очень плотный, и он имеет ту же массу, что и материя, которая изначально коллапсировала. Если вы возьмете солнечную массу и разделите ее на планковскую плотность, вы получите объем около 10 − 67 кубические метры.
@BenCrowell: Для стороннего неподвижного наблюдателя за горизонтом нет ничего. А для свободно падающего наблюдателя «концом» является сингулярность (или близкая к сингулярности). Так что это зависит от того, о каком наблюдателе мы говорим. Мир не одинаков, видимый разными наблюдателями.
Верят ли физики в точность теорем сингулярности?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v