26 votos

¿Por qué exactamente se evitan o "eliminan" las singularidades en la física?

¿Cuál es la verdadera razón por la que nos hacen rechazar las singularidades de cada vez que los vemos en una teoría/modelo?

Por ejemplo, en GR, se prevé que las singularidades de los agujeros negros tienen una densidad infinita. Esto hace que GR inútil para predecir el comportamiento de la singularidad.

Hay algunas propuestas alternativas para estudiar el comportamiento de las singularidades y de todos ellos, asumir que las singularidades no tiene infinitos, o incluso, "eliminar" singularidades, en sustitución de ellos con algo diferente, por ejemplo, "túneles" a otro universo (véase el Agujero Negro de la Cosmología https://en.m.wikipedia.org/wiki/Black_hole_cosmology)

Pero ¿por qué sucede esto?

Me han dicho que cuando decimos que las singularidades de "romper las leyes de la física" lo que en realidad significa es que GR no aplica no, pero otra versión de los recursos genéticos o de otro conjunto de leyes diferentes de GR y nuestro modelo estándar sería de aplicación allí. Que los físicos evitar singularidades (o, al menos, "infinitos"), porque sería realmente/en realidad romper todas las leyes de la física y no podría ser descrita por la teoría (no GR, ni una versión diferente de GR ni un modelo diferente/conjunto de leyes de la física de nuestros modelos estándar...etc), y a causa de eso, el modelo de singularidades, sin "infinitos" (o incluso no/modelo para considerar cualquier singularidad en todos), en sus obras y teorías.

En resumen, que las singularidades (con "infinitos") en, por ejemplo, la Relatividad General, son evitadas/ignora o se piensa que no existe, porque si realmente tiene infinitos, de veras/romper, literalmente, todas las leyes y no pudo ser "gobernado"/descrita por el modelo o teoría. Por esa razón, se considera que no son reales, teniendo finito densidades o ser sustituido por algo diferente.

Pero esto es correcto? ¿Cuál es la causa real que nos hace rechazar singularidades (con "infinitos")?

38voto

Joe Liversedge Puntos 2134

Cuando le preguntas a la mayoría de trabajo de los físicos de este tipo de pregunta, la respuesta que obtiene tiende a ser una simplificación de uno que está en parte basado en la experiencia y el conservadurismo. Hay singularidades y acausal de comportamientos en la electrodinámica clásica de partículas puntuales, pero este fin llegamos bastante despejado por la QED, por lo que la moral que la gente tomara corazón era que esta era la forma de mirar todas singular o acausal comportamiento, como una señal de que la teoría era incompleta. Si usted mira el trabajo de los especialistas en la relatividad, usted encontrará una más complicado descripción. Una buena discusión de este tipo de cosas se da en Earman, Golpes, Crujidos, Lloriquea, y Gritos: Singularidades y Acausalities en Relativista Spacetimes, que Earman ha hecho online gratis. Earman es tanto un físico y filósofo, y el libro contiene algunos de cada uno.

Nos gustaría ser capaces de utilizar GR para hacer predicciones. Hay algunas cosas que no esperamos que la teoría que ser capaz de predecir, como lo es el big bang debería haber parecido, así que la sensación es que un pasado spacelike singularidad está OK. Esto se formalizó en la noción de un mundo hiperbólico espacio-tiempo. En todo el mundo un hiperbólico en el espacio-tiempo es uno en el que se pueden dar las condiciones iniciales en un spacelike superficie (llamado de Cauchy de la superficie) y luego evolucionar las ecuaciones de campo hacia adelante y hacia atrás en el tiempo. Básicamente tenemos global hyperbolicity si no hay cerrado, timelike curvas y no desnudo singularidades.

Un desnudo, es decir, timelike singularidad rompe global hyperbolicity porque si intenta dibujar una superficie de Cauchy en un diagrama espacio-tiempo, usted no puede, porque la singularidad hace un agujero en la topología.

Agujero negro y blanco agujero singularidades de no romper global hyperbolicity porque son spacelike singularidades que están en nuestro futuro o en el pasado, nunca ambos.

Si usted tiene timelike singularidades, a continuación, la física tiene serios problemas con la predicción, como se muestra por Earman memorables de la figura y la leyenda siguiente:

Earman's diagram of nasty stuff coming out of a naked singularity

La preocupación se ilustra en la Fig. 3.1 donde todo tipo de cosas desagradables -- aparatos de TV mostrando Nixon 'Damas' habla, verde limo, Japonés película de terror de monstruos, etc. - surgen helter-skelter a partir de la singularidad.

La razón de que la GR no puede predecir lo que sale de la singularidad desnuda es simplemente que ni siquiera podemos formular las condiciones iniciales de una manera apropiada, debido a que una de Cauchy de la superficie no existe.

En realidad, es bastante posible que la censura cósmica falla en realista colapso gravitacional: ¿Cuál es el estado actual de la censura cósmica? "Muy posible" no significa que yo o cualquier físicos sé que quiere apostar un paquete de seis, pero que no son graves a los investigadores que piensan que esto es una posibilidad razonable, y han sugerido observaciones reales para comprobar. Si esto resulta ser cierto, entonces, genéricamente, escenarios de conducir a consecuencias como la liberación de arbitraria de información y la energía infinita de la singularidad, que es sólo una forma educada de decir baba verde y perdido calcetines.

Las personas que no les gusta esta posibilidad de anclar sus esperanzas en el hecho de que hay una escala de Planck, donde sabemos que los GR se vuelve incoherente de todos modos, y sin duda debe ser reemplazada por una teoría de la gravedad cuántica. Sin embargo, no sé de alguno de los argumentos de manera convincente que sugiere que en una teoría de la gravedad cuántica, necesariamente, recuperar la capacidad predictiva.

3voto

AnoE Puntos 428

Se han de distinguir entre la realidad y nuestras actuales teorías físicas.

Cuando hablamos de una "singularidad", más o menos quiere decir que estamos en nuestro final de ingenio relativas a un determinado fenómeno. Hay dos cosas muy distintas alternativas:

  • Una singularidad (el objeto físico), es realmente nada especial, sólo algún fenómeno natural que puede ser razonada acerca y entendido por completo - no sólo con nuestra versión actual de nuestras teorías. No es "catastrófico" o "misterioso", a excepción de que tenemos una "división por cero" (o de otros matemáticas-problemas técnicos), en nuestra teoría, simplemente porque es incompleta o parcialmente equivocada. Es como cualquier otro fenómeno que nos llevó años, décadas o más tiempo para averiguar, y que a la larga puede ser descrito elegantemente por algunos todavía-a-ser-descubierto la teoría (es decir, el Grand Unified GR+QT que estamos buscando, o algo completamente nuevo).
  • O: Una singularidad (el objeto físico) es en realidad algo muy diferente, a una nueva categoría de la realidad. Peor de los casos, ya que nunca en el interior de la envent horizonte y por lo tanto lo suficientemente cerca como para medir realmente nada acerca de eso, nosotros nunca, nunca, encontrar un accesorio de la teoría; o si por casualidad o una gran inteligencia, encontramos una teoría correcta, es posible que nunca ser físicamente capaz de verificar lo que significa que está fuera de nuestro proceso científico. Recuerde que incluso las más avanzadas teorías o pensamientos que podemos encontrar son inútiles si no son verificables.

Para responder a tu pregunta: en el primer caso, "eliminar" una singularidad medio para fijar nuestras teorías - es lo que la física hace mejor.

En el segundo caso, hemos terminado. Este es, por supuesto, insatisfactorio, por lo tanto la gente está tratando de conseguir alrededor de él en cualquier manera posible.

PD: como se señaló en los comentarios, nada de esto hace GR o QT obsoletos. En el mismo sentido como el de Newton sigue siendo muy útil para el día a día de los casos, hasta que nos encontramos con algunas medidas que contradicen directamente GR o QT, son muy "fino" en su respectivo régimen, y es bien posible que si nos encontramos con una teoría Unificada, puede ser tan complicada que el "simple" puede pegarse alrededor de después...

1voto

Luke Puntos 1209

En primer lugar, me gustaría decir que si tomamos esta cuestión puramente empírica y/o lógicos de los motivos, no hay a priori razones para concluir verdadero singularidades debe ser "imposible" o "no puede existir". En particular, con respecto al caso de los agujeros negros, no podemos observar directamente nada más allá del horizonte de sucesos, esencialmente, por definición, para un horizonte de sucesos es crossable precisamente en una dirección: hacia el interior, en este caso. Y a menos que haya algún tipo de radicales de error en nuestras teorías físicas tales que en realidad resulta ser posible enviar información de vuelta a través de un horizonte de una sonda dentro de ella y de una manera práctica, entonces esta es la forma en que siempre será. Cualquier sonda enviada a través de tales iba a representar sus resultados perdido para siempre, o si la información puede ser extraída, sería intractably difícil hacerlo. Por otra parte, incluso si se nos hizo tener un método de este tipo, desde un punto de vista meramente práctico, consiguiendo una sonda a un agujero negro es todo tan difícil como el de los viajes interestelares, porque todos los existentes agujeros negros sabemos que son esencialmente de estrellas muertas, o la muy masivas que se encuentran en los núcleos galácticos. Ninguno de estos se encuentran en cualquier lugar ni remotamente cerca de lo que es, por supuesto, una buena cosa, ya que aunque es muy difícil de conseguir "chupado" en un agujero negro como algunos podrían entender (ya que en realidad no "chupar", que gravitan), el medio ambiente cerca de uno, debido a la altamente energizado cuestión a menudo está presente, podría ser potencialmente letal para la vida.

Por lo tanto, podemos decir que no tenemos ninguna evidencia directa, y es probable que no, en realidad la regla en una singularidad como imposible. Dicho esto, si tenemos una teoría de los agujeros negros que predice algo diferente en virtud de que alguna circunstancia lo que pasa fuera de un horizonte de sucesos de la relatividad general y, a continuación, nos podría tener la oportunidad de ser capaz de hacer por lo menos una resolución motivada, supongo que lo que la teoría dice que sucede en el interior es probable que sea cierto: pero incluso entonces, no podría ser potencialmente una infinidad de teorías que dan los mismos resultados dramáticamente diferentes interiores.

Matemáticamente, y lógicamente, no hay nada estrictamente hablando "mal" con singularidades en que las estructuras matemáticas, incluyendo los que tienen que ser lógicamente inconsistentes o incoherentes (significado: contienen una contradicción, es decir, que usted puede deducir la verdad simultánea de una proposición y su negación) siempre que tratar el comportamiento de la singularidad encuentro adecuadamente bien (y en General de la Relatividad de einstein realmente no esta totalmente consistente cualquier partícula que termina en la singularidad de un agujero negro deja de existir, es decir, su worldline termina, matemáticamente, esencialmente, exactamente como la forma de un determinado segmento de línea en la geometría Euclidiana tiene extremos), y por lo tanto podemos tomar en el espectro de la lógica de los mundos posibles y así es, desde este punto de vista, es completamente posible que uno de esos mundos podría ser nuestro mundo.

Que dijo, por lo general hay algunas razones de por qué podemos no quiere esperar singularidades. El más común es que, además de la teoría general de la relatividad, también tenemos otra teoría de la física: la mecánica cuántica, y no como singularidades. En particular, a partir de al menos un ingenuo punto de vista, el confinamiento de las partículas de una ubicación exacta (ya que en la mecánica cuántica, la física de los parámetros de un sistema como el de la ubicación de tener delimitada la información), es decir, el cero-el espesor de la singularidad de punto, de manera efectiva las unidades de su energía hasta el infinito, y sin embargo, una cantidad infinita de energía conduce a peores problemas de una cantidad infinita de espacio-tiempo de la curvatura. Más en serio, de las matemáticas de las teorías cuánticas del campo - las teorías que usamos para incorporar los efectos relativistas y dinámica de creación y destrucción de partículas en la mecánica cuántica - no dar cabida a la relatividad general en su totalidad. La habitual forma en que esta se maneja es la de asumir que la relatividad general debe entonces dar, y que va a ser modificadas por la mecánica cuántica. Sin embargo, uno podría argumentar que si vamos a asumir una o la otra teoría que le da forma, podría ser que en lugar de ello es la mecánica cuántica, que es el que muere y la relatividad general, o algunas de extensión de la misma, es la realidad más fundamental de la teoría, y si ese es el caso, entonces no podría tener una verdadera singularidad en el agujero negro del centro. Yendo aún más lejos, uno puede apostar un caso que, de hecho, ni siquiera entender la teoría cuántica de campos lo suficientemente bien y por lo tanto puede ser prematuro especular acerca de las interacciones y/o conflictos con la relatividad general.

Así que la respuesta es: en realidad, no lo sabemos. Podría ser por ahí, y un honesto investigador sería totalmente abierto a esta posibilidad. A continuación, de nuevo, que también podría no serlo. Debemos mantener una mente abierta, y seguir investigando - idealmente, la investigación de las cosas con los métodos de "fuera de la caja" en comparación con lo que hemos estado haciendo hasta ahora, incluyendo el gasto más dinero en la construcción de cada vez más grandes aceleradores de partículas, como los resultados de la última, el Gran Colisionador de hadrones, no están mirando demasiado prometedor en la medida en que proporciona cualquier sólido (>4 sigma) conduce a nuevos procesos físicos que no pueden ser explicados por la teoría existente se refiere. (Sabine Hossenfelder publicó un artículo acerca de esto últimamente, aunque no tengo un enlace.) Einstein supuestamente(!) dijo que para probar algo más y más - que aquí significaría para construir una más grande y más grande máquina, y esperar un resultado diferente, es la idiotez. (Si lo hizo o no, me iba a encontrar que un buen punto, sin embargo.)

0voto

Simmo Puntos 39

En mi opinión, la singularidad es un defecto del modelo que será eliminada más pronto o más tarde. En la naturaleza, todas las cantidades son finitos y su descripción debe ser finito. En mi opinión, un buen método de eliminación de la singularidad es el uso de los imaginarios valores de las cantidades. Entonces la verdadera cantidades en la singularidad son cero, y la cantidad sigue siendo finito imaginario. El imaginario valor medio de la oscilación de un valor con una amplitud igual a la parte imaginaria. Por ejemplo, si se calcula el radio de un electrón, suponiendo que su masa electromagnética, es igual a $$r_e=\frac{e^2}{6im_e c^2}=-i\frac{e^2}{6m_e c^2}$$ La parte real del complejo valor de la cantidad significa que el valor de la media, y la parte imaginaria es la desviación estándar. Esto significa que la oscilación del tamaño de un electrón con una amplitud igual a la parte imaginaria. Otras singularidades son destruidos en el mismo principio. Pero esta es mi opinión, puede cumplir con la oposición. Por desgracia, esta idea de la destrucción de una singularidad sólo funciona si el espacio es real. Si el espacio es complejo, entonces la coincidencia de los valores de la parte real e imaginaria del evento es inconcebible, pero es posible. Para ello, el espacio debe convertirse imaginario, que deben ser excluidos. En orden para la amortiguación o el crecimiento de la solución a ser imposible cuando el uso de autovalores de energía o impulso, la fase del complejo de coordenadas debe ser constante. Resulta que los autovalores imaginarios puros son imposibles.

0voto

David J. Sokol Puntos 1730

Cualquier nuestra teoría tiene aplicaciones limitadas de dominio. En otras palabras, cualquier teoría debe ser acompañado con numerosas desigualdades especificando sus limitaciones. Estas desigualdades son a menudo olvidados y tenemos que pagar el precio por la obtención de física sentido de las expresiones. Por ejemplo, dos cargas (electrones y positrones) interactuar a través del potencial de Coulomb $1/r$, por lo que la primera infinito surge cuando estos dos partículas se funden en algo neutral con la liberación de una cantidad infinita de energía (no observados). Este error se corrigió en QED - en otra teoría.

Otro infinito es el famoso UV catástrofe en la radiación del cuerpo negro. Esto se corrige en QED.

QED sí está mal formulado y conduce a infinito correcciones experimental de la masa y de la carga. Este es "correced" descartando estas correcciones innecesarias. Esta forma de "maquillar los números" no es una solución real (no una teoría), pero un "último recurso", y adivinar mejor QED formulaciones está en orden.

Así, las dificultades surgen debido a la extrapolación de algunas de las teorías más allá de su dominio de aplicabilidad y debido a nuestra humanos inperfections en adivinar teorías mejores.

i-Ciencias.com

I-Ciencias es una comunidad de estudiantes y amantes de la ciencia en la que puedes resolver tus problemas y dudas.
Puedes consultar las preguntas de otros usuarios, hacer tus propias preguntas o resolver las de los demás.

Powered by:

X