Ровно 50 лет назад физик и математик сэр Роджер Пенроуз, ныне заслуженный профессор Оксфордского университета (Соединенное Королевство), сформулировал теорему, в которой он связал две концепции, связанные с теорией относительности. Одна из этих концепций — гравитационная сингулярность, «ошибка» в пространстве-времени, когда физические величины не могут быть определены.Другая концепция — это так называемые «захваченные поверхности», области, которые со временем неизбежно сжимаются. Эти поверхности образуются в результате взрыва звезды в конце ее жизни, что вызывает ее коллапс и последующее образование черной дыры.
В этот момент создается гравитационная сингулярность, где время перестает существовать и законы известной физики больше не могут применяться.Теорема Пенроуза связывает обе концепции и считается первым крупным математически строгим результатом общей теории Эйнштейна.
Вскоре после представления своей теоремы Пенроуз и знаменитый Стивен Хокинг проверили другую теорему, которая указывает на то, что расширяющаяся Вселенная — такая как наша — должна иметь свое происхождение в мгновенной сингулярности: Большом взрыве, таинственном начальном состоянии, имеющем бесконечную плотность.«Эти две теоремы говорят о том, что общая теория относительности предсказывает существование сингулярных и катастрофических событий, таких как то, что происходит внутри черной дыры или великое начальное расширение Вселенной при определенных физически разумных условиях», — объясняет Хосе М.М.
Сеновилла, физик-теоретик из Университета Страны Басков и соавтор исследования, посвященного этим теоремам.«Но они также указывают на то, что теория Эйнштейна включает и описывает свои собственные ограничения, — добавляет он, — поскольку эта теория больше не кажется действительной в определенных ситуациях при экстремальных условиях из-за возникновения совершенно неприемлемых« бесконечных »сингулярностей».Сами по себе теоремы не подразумевают, что должны произойти катастрофические события, такие как черные дыры. Сингулярность можно было бы предотвратить, если бы гипотезы теоремы были аннулированы. «Примером, в котором это могло бы произойти, было бы, если бы плотность энергии всей Вселенной была в среднем нулевой; но проблема в том, что этот случай кажется крайне нереалистичным, поэтому сингулярности преобладают», — отмечает исследователь.
Исследование Сеновиллы по теореме сингулярности Пенроуза было опубликовано в журнале « Классическая и квантовая гравитация » вместе с 12 другими статьями, в которых освещаются вехи, знаменующие 100-летие общей теории относительности Эйнштейна, столетие которой также отмечается в 2015 году.