Singolarità gravitazionale: differenze tra le versioni
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Le singolarità sono possibili configurazioni dello spazio-tempo previste dalla teoria della [[relatività generale]] di [[Albert Einstein]] nel caso in cui la densità della materia raggiunga valori così elevati da provocare un collasso gravitazionale dello spaziotempo.<ref>{{Cita pubblicazione|autore=|nome=Stephen|cognome=Hawking|coautori=[[Roger Penrose]]|data=gennaio 1970|titolo=The Singularities of Gravitational Collapse and Cosmology|rivista=[[Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences|Proceedings of the Royal Society A]]|volume=314|numero=1519|pp=529–548|lingua=en|doi=10.1098/rspa.1970.0021|url=http://rspa.royalsocietypublishing.org/content/314/1519/529.abstract|accesso=10 gennaio 2017)}}</ref> |
Le singolarità sono possibili configurazioni dello spazio-tempo previste dalla teoria della [[relatività generale]] di [[Albert Einstein]] nel caso in cui la densità della materia raggiunga valori così elevati da provocare un collasso gravitazionale dello spaziotempo.<ref>{{Cita pubblicazione|autore=|nome=Stephen|cognome=Hawking|coautori=[[Roger Penrose]]|data=gennaio 1970|titolo=The Singularities of Gravitational Collapse and Cosmology|rivista=[[Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences|Proceedings of the Royal Society A]]|volume=314|numero=1519|pp=529–548|lingua=en|doi=10.1098/rspa.1970.0021|url=http://rspa.royalsocietypublishing.org/content/314/1519/529.abstract|accesso=10 gennaio 2017)}}</ref> Ogni [[buco nero]], al suo centro, contiene una singolarità circondata da un [[orizzonte degli eventi]] dal quale nessun corpo potrebbe uscire. |
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All'interno di una singolarità massa infinita è concentrata in un unico punto (o spalmata ad anello giacente nel piano di rotazione se il buco nero è rotante) con volume pari a zero. Per questo motivo la regione singolare può quindi essere pensata come avente densità infinita. |
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Ai fini della dimostrazione dei [[teoremi sulle singolarità di Penrose–Hawking]], uno [[spaziotempo]] con una singolarità si definisce come quello che contiene una [[geodetica]] che non si può estendere in maniera [[Funzione liscia|liscia]]<ref>{{cita web|cognome=Moulay|nome=Emmanuel|titolo=The universe and photons|url=http://www.fqxi.org/data/essay-contest-files/Moulay_Photon_2.pdf|editore=[[Foundational Questions Institute|FQXi Foundational Questions Institute]]|accesso=26 dicembre 2012}}</ref><ref>{{Cita libro |cognome=Hawking |nome=S. W. |lastauthoramp=yes |cognome2=Ellis |nome2=G. F. R. |anno=1994 |titolo=The Large Scale Structure of Space Time |città=Cambridge |editore=Cambridge University Press |isbn=0-521-09906-4 }}</ref>. Si ritiene che la fine di tale geodetica sia appunto la singolarità. Questa è una diversa definizione, utile per le dimostrazioni dei teoremi. |
Ai fini della dimostrazione dei [[teoremi sulle singolarità di Penrose–Hawking]], uno [[spaziotempo]] con una singolarità si definisce come quello che contiene una [[geodetica]] che non si può estendere in maniera [[Funzione liscia|liscia]]<ref>{{cita web|cognome=Moulay|nome=Emmanuel|titolo=The universe and photons|url=http://www.fqxi.org/data/essay-contest-files/Moulay_Photon_2.pdf|editore=[[Foundational Questions Institute|FQXi Foundational Questions Institute]]|accesso=26 dicembre 2012}}</ref><ref>{{Cita libro |cognome=Hawking |nome=S. W. |lastauthoramp=yes |cognome2=Ellis |nome2=G. F. R. |anno=1994 |titolo=The Large Scale Structure of Space Time |città=Cambridge |editore=Cambridge University Press |isbn=0-521-09906-4 }}</ref>. Si ritiene che la fine di tale geodetica sia appunto la singolarità. Questa è una diversa definizione, utile per le dimostrazioni dei teoremi. |
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I due tipi più importanti di singolarità spaziotemporali sono le |
I due tipi più importanti di singolarità spaziotemporali sono le '''''singolarità di curvatura''''' e le '''''singolarità coniche'''''.<ref name=uggla>{{cita web|cognome=Uggla|nome=Claes|titolo=Spacetime singularities|sito=Einstein Online|editore=Max Planck Institute for Gravitational Physics|accesso=26 dicembre 2012}}</ref> Le singolarità si possono dividere anche a seconda se siano coperte da un [[orizzonte degli eventi]] oppure no ([[Singolarità nuda|singolarità nude]]).<ref>{{cita libro | nome=Patrick | cognome=Di Justo | nome2=Kevin | cognome2=Grazier | titolo=The Science of Battlestar Galactica | anno=2010 | editore=John Wiley & Sons | città=New York | pagina=181 | url=http://books.google.com/books?id=iK1YbKrNRcoC&printsec=frontcover#v=onepage&q&f=false | isbn=978-0-470-39909-5 | lingua=en}}</ref> Secondo la [[relatività generale]], lo stato iniziale dell'[[universo]], al principio del ''[[Big Bang]]'', era una singolarità. Sia la [[relatività generale]] che la [[meccanica quantistica]] falliscono nel descrivere il ''Big Bang'',<ref>{{cita web|cognome=Hawking|nome=Stephen|titolo=The Beginning of Time|url=http://www.hawking.org.uk/the-beginning-of-time.html|sito=Stephen Hawking: The Official Website|editore=Cambridge University|accesso=26 dicembre 2012}}</ref> ma, in generale, la meccanica quantistica non ammette che le particelle occupino uno spazio più piccolo delle loro lunghezze d'onda.<ref>{{cita libro|cognome=Zebrowski|nome=Ernest|titolo=A History of the Circle: Mathematical Reasoning and the Physical Universe|anno=2000|editore=Rutgers University Press|città=Piscataway NJ|pagine=180|url=http://books.google.com/books?id=2twRfiUwkxYC&printsec=frontcover#v=onepage&q&f=false|isbn=978-0-8135-2898-4}}</ref> |
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| ⚫ | Un altro tipo di singolarità prevista dalla relatività generale è quella all'interno di un [[buco nero]]: qualsiasi [[stella]] che collassi oltre un certo punto ([[raggio di Schwarzschild]]) formerebbe un buco nero, dentro al quale sarebbe formata una singolarità (coperta da un orizzonte degli eventi), mentre tutta la materia affluirebbe in un certo punto (o in una certa linea circolare, se il buco nero sta ruotando).<ref>{{cita web|autore=Eric Curiel, Peter Bokulich|titolo=Singularities and Black Holes|url=http://plato.stanford.edu/entries/spacetime-singularities/|sito=Stanford Encyclopedia of Philosophy|editore=Center for the Study of Language and Information, Stanford University|accesso=26 dicembre 2012}}</ref> Questo sempre secondo la relatività generale, senza la meccanica quantistica, che vieta alle particelle simili a onde di entrare in uno spazio più piccolo della loro lunghezza d'onda. Queste singolarità ipotetiche sono conosciute anche come singolarità di curvatura. |
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Un qualsiasi astronauta che cadesse in un buco nero non potrebbe evitare di essere trasportato nella singolarità una volta attraversato l'orizzonte degli eventi. Appena si raggiunge la regione singolare si viene schiacciati a densità infinita e la propria massa viene aggiunta alla massa totale del buco nero. |
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Tante ipotesi [[fantascienza|fantascientifiche]] sono nate attorno alle singolarità ed al loro comportamento: comunicazione con altri [[multiverso|universi paralleli]], scorciatoie per raggiungere distanze incommensurabili, [[viaggio nel tempo|macchine del tempo]]. |
Tante ipotesi [[fantascienza|fantascientifiche]] sono nate attorno alle singolarità ed al loro comportamento: comunicazione con altri [[multiverso|universi paralleli]], scorciatoie per raggiungere distanze incommensurabili, [[viaggio nel tempo|macchine del tempo]]. |
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Versione delle 19:32, 31 dic 2017
Una singolarità gravitazionale è un punto in cui la curvatura dello spaziotempo tende verso un valore infinito.
Secondo alcune teorie fisiche sull'origine dell'universo, l'universo stesso potrebbe avere avuto inizio con una singolarità gravitazionale, il Big Bang, e potrebbe finire con essa, il Big Crunch.[1]
Descrizione
Le singolarità sono possibili configurazioni dello spazio-tempo previste dalla teoria della relatività generale di Albert Einstein nel caso in cui la densità della materia raggiunga valori così elevati da provocare un collasso gravitazionale dello spaziotempo.[2] Ogni buco nero, al suo centro, contiene una singolarità circondata da un orizzonte degli eventi dal quale nessun corpo potrebbe uscire.
All'interno di una singolarità massa infinita è concentrata in un unico punto (o spalmata ad anello giacente nel piano di rotazione se il buco nero è rotante) con volume pari a zero. Per questo motivo la regione singolare può quindi essere pensata come avente densità infinita.
Ai fini della dimostrazione dei teoremi sulle singolarità di Penrose–Hawking, uno spaziotempo con una singolarità si definisce come quello che contiene una geodetica che non si può estendere in maniera liscia[3][4]. Si ritiene che la fine di tale geodetica sia appunto la singolarità. Questa è una diversa definizione, utile per le dimostrazioni dei teoremi.
I due tipi più importanti di singolarità spaziotemporali sono le singolarità di curvatura e le singolarità coniche.[5] Le singolarità si possono dividere anche a seconda se siano coperte da un orizzonte degli eventi oppure no (singolarità nude).[6] Secondo la relatività generale, lo stato iniziale dell'universo, al principio del Big Bang, era una singolarità. Sia la relatività generale che la meccanica quantistica falliscono nel descrivere il Big Bang,[7] ma, in generale, la meccanica quantistica non ammette che le particelle occupino uno spazio più piccolo delle loro lunghezze d'onda.[8]
Un altro tipo di singolarità prevista dalla relatività generale è quella all'interno di un buco nero: qualsiasi stella che collassi oltre un certo punto (raggio di Schwarzschild) formerebbe un buco nero, dentro al quale sarebbe formata una singolarità (coperta da un orizzonte degli eventi), mentre tutta la materia affluirebbe in un certo punto (o in una certa linea circolare, se il buco nero sta ruotando).[9] Questo sempre secondo la relatività generale, senza la meccanica quantistica, che vieta alle particelle simili a onde di entrare in uno spazio più piccolo della loro lunghezza d'onda. Queste singolarità ipotetiche sono conosciute anche come singolarità di curvatura.
Un qualsiasi astronauta che cadesse in un buco nero non potrebbe evitare di essere trasportato nella singolarità una volta attraversato l'orizzonte degli eventi. Appena si raggiunge la regione singolare si viene schiacciati a densità infinita e la propria massa viene aggiunta alla massa totale del buco nero.
Tante ipotesi fantascientifiche sono nate attorno alle singolarità ed al loro comportamento: comunicazione con altri universi paralleli, scorciatoie per raggiungere distanze incommensurabili, macchine del tempo.
Molti ricercatori ritengono che una teoria unificata della gravitazione e della meccanica quantistica (la gravità quantistica) permetterà in futuro di descrivere in modo più appropriato i fenomeni connessi con la nascita di una singolarità nel collasso gravitazionale delle stelle massicce e l'origine stessa dell'universo.
Note
- ^ (EN) Origins of the universe: Stephen Hawking's J. Robert Oppenheimer Lecture, su berkeley.edu, University of California, Berkeley (archiviato dall'url originale il 15 giugno 2008).
- ^ (EN) Stephen Hawking, Roger Penrose, The Singularities of Gravitational Collapse and Cosmology, in Proceedings of the Royal Society A, vol. 314, n. 1519, gennaio 1970, pp. 529–548, DOI:10.1098/rspa.1970.0021. URL consultato il 10 gennaio 2017).
- ^ Emmanuel Moulay, The universe and photons (PDF), su fqxi.org, FQXi Foundational Questions Institute. URL consultato il 26 dicembre 2012.
- ^ S. W. Hawking e G. F. R. Ellis, The Large Scale Structure of Space Time, Cambridge, Cambridge University Press, 1994, ISBN 0-521-09906-4.
- ^ Claes Uggla, Spacetime singularities, su Einstein Online, Max Planck Institute for Gravitational Physics.
- ^ (EN) Patrick Di Justo e Kevin Grazier, The Science of Battlestar Galactica, New York, John Wiley & Sons, 2010, p. 181, ISBN 978-0-470-39909-5.
- ^ Stephen Hawking, The Beginning of Time, su Stephen Hawking: The Official Website, Cambridge University. URL consultato il 26 dicembre 2012.
- ^ Ernest Zebrowski, A History of the Circle: Mathematical Reasoning and the Physical Universe, Piscataway NJ, Rutgers University Press, 2000, p. 180, ISBN 978-0-8135-2898-4.
- ^ Eric Curiel, Peter Bokulich, Singularities and Black Holes, su Stanford Encyclopedia of Philosophy, Center for the Study of Language and Information, Stanford University. URL consultato il 26 dicembre 2012.
Bibliografia
- Hermann Bondi, La relatività e il senso comune, Bologna, Zanichelli, 1963
- Sean M. Carroll, Spacetime and Geometry: An introduction to General Relativity. Spacetime and Geometry, Addison-Wesley, 2004. ISBN 0-8053-8732-3
- Arthur Stanley Eddington, Spazio, tempo e gravitazione: la teoria della relatività generale, Torino, Bollati Boringhieri, 2003. ISBN 88-339-0287-0
- Albert Einstein, Come io vedo il mondo. La teoria della relatività, Collana Grandi Tascabili Newton Compton, Bologna, Newton Compton Editore, 1975
- Misner, Thorne, & Wheeler: Gravitation, Freeman, 1973
- Wolfgang Pauli, Teoria della relatività, Torino, Bollati Boringhieri, 2008. ISBN 978-88-339-1864-8
- Tullio Regge, Spazio, tempo e universo: passato, presente e futuro della teoria della relatività, Torino, Utet, 2005. ISBN 88-7750-945-7
- Bertrand Russell, L'ABC della relatività, prefazione di Piergiorgio Odifreddi, Milano, Tea, 2008. ISBN 978-88-502-0648-3
- Bernard F. Schutz, A First Course in General Relativity, Cambridge University Press, 1985. ISBN 0-521-27703-5
- John Stewart, Advanced General Relativity, Cambridge University Press, 1993. ISBN 0-521-44946-4
- Kip S. Thorne, Charles W. Misner, John A. Wheeler, Gravitation, San Francisco, W. H. Freeman, 1973. ISBN 0-7167-0344-0
- Robert M. Wald, General Relativity (1984), University of Chicago Press. ISBN 0-226-87033-2
- Steven Weinberg, Gravitation and Cosmology: Principles and Applications of the General Theory of Relativity, J.Wiley, 1972. ISBN 0-471-92567-5
- Clifford M. Will, Theory and Experiment in Gravitational Physics, Cambridge University Press, 1993. ISBN 0-521-43973-6
Voci correlate
Collegamenti esterni
- (EN) Generalised cosmological friedmann equations without gravitational singularity, articolo di A. V. Minkevich, 1980.
- (EN) Stuart L. Shapiro, Teukolsky, Saul A., Formation of naked singularities: The violation of cosmic censorship, in Physical Review Letters, vol. 66, n. 8, 1991, pp. 994–997, Bibcode:1991PhRvL..66..994S, DOI:10.1103/PhysRevLett.66.994, PMID 10043968.
- (EN) Robert M. Wald, General Relativity, University of Chicago Press, 1984, ISBN 0-226-87033-2.
- (EN) Charles W. Misner, Kip Thorne & John Archibald Wheeler, Gravitation, W. H. Freeman, 1973, ISBN 0-7167-0344-0. §31.2 The nonsingularity of the gravitational radius, and following sections; §34 Global Techniques, Horizons, and Singularity Theorems
- (EN) Roger Penrose(1996)"Chandrasekhar, Black Holes, and Singularities"
- (EN) Roger Penrose(1999)"The Question of Cosmic Censorship"
- (EN) Τ. P. Singh"Gravitational Collapse, Black Holes and Naked Singularities"
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