סינגולריות כבידתית

סינגולריות כבידתית (Gravitational singularity), הנקראת גם סינגולריות או ייחודיות, היא נקודה במרחב שבה צפיפות החומר אינסופית. תורת היחסות הכללית, התיאוריה של הכבידה, מאפשרת קיום סינגולריות ומנבאת עיקום אינסופי של המרחב-זמן במקום כזה.

במודל המפץ הגדול יש סינגולריות בתחילת הזמן, שבה צפיפות החומר ועיקום המרחב-זמן הופכים לאינסופיים. בעבר הוצעה גם סינגולריות בסוף הזמן, ה"קריסה הגדולה", אך הרעיון נדחק עם גילוי חוק האבל על התפשטות היקום.

משפט מתמטי קובע שסינגולריות קיימת בהכרח בתוך כל חור שחור, מעבר לאופק האירועים. אופק אירועים הוא הגבול שמבדיל בין החור השחור לשאר היקום. בחור שחור נייח, הסינגולריות היא נקודה יחידה. בחור שחור מסתובב, הסינגולריות נמתחת לטבעת הקרויה טבעת סינגולרית.

ייתכן שהמטריקה, הפונקציה שמודדת מרחקים ועיוותים במרחב-זמן, תיתן ערכים לא תקינים בנקודה מסוימת. זה נקרא סינגולריות של הקואורדינטות. קיומה של סינגולריות כזאת מצביע על בעיית תיאור, אך לא תמיד על סינגולריות כבידתית אמיתית. למשל, בקואורדינטות שווארצשילד נראה שיש בעיה על פני אופק האירועים. שינוי לקואורדינטות אדינגטון־פינקלשטיין מראה שהאופק אינו סינגולריות כבידתית.

הגרסה החלשה של ההשערה טוענת שכל סינגולריות מוסתרת מאיתנו מאחורי אופק אירועים, ולכן סינגולריות חשופות נדירות או בלתי ניתנות לתצפית. סנסולציות בשנות ה־90 יצרו סינגולריות עירומה, אך רק בתנאי התחלה מאוד מיוחדים. הגרסה החזקה טוענת שאין סינגולריות נוספות מעבר לאלו של תחילת הזמן או סופו במסגרת היחסות הכללית בלבד.

סיבות אלו מובילות למסקנה שפיזיקת היחסות מפסיקה לתאר נכון מה שקורה קרוב לסינגולריות. מקווים שתאוריה של כבידה קוונטית, איחוד היחסות הכללית עם מכניקת הקוונטים, תתן תשובות טובות יותר. נכון ל־2022 אין עדיין תאוריה מספקת בניסוי או בתיאוריה.

סינגולריות כבידתית היא נקודה שבה צפיפות החומר גדולה מאוד עד אינסוף. זה אומר שהחומר רוכז במקום קטן מאוד. תורת היחסות הכללית אומרת שזה אפשרי. היא גם אומרת שהמרחב והזמן מעוקמים חזק שם. לעיקום קוראים כיפוף של מרחב־זמן.

במודל המפץ הגדול יש סינגולריות בתחילת הזמן. בעבר דיברו גם על "הקריסה הגדולה" בסוף הזמן. המחשבה הזאת נזנחה אחרי שמצאו שחלל מתפשט.

חורים שחורים יש בהם סינגולריות בתוך אופק האירועים. אופק אירועים הוא הגבול שלא ניתן לחזור ממנו. בחור שחור שלא מסתובב הסינגולריות היא נקודה. בחור שחור שמסתובב היא בצורת טבעת.

לפעמים הבעיה נובעת מהדרך בה כותבים את המיקום. זה נקרא סינגולריות של הקואורדינטות. קואורדינטות הן שמות למקומות. אפשר לשנות את הכתיבה ולהסיר את הבעיה. לכן לא כל סינגולריות מתארת בעיה פיזית אמיתית.

הרעיון אומר שסינגולריות מסתתרות בתוך אופקי אירועים. לכן רובנו לא רואים אותן. סימולציות במחשב יצרו סינגולריות חשופות, אך רק בתנאים מיוחדים מאוד. מדענים גם חושבים שתיאור מדויק צריך כבידה קוונטית. עד 2022 אין עדיין תאוריה כזו מוכחת.