ภาวะเอกฐานเชิงความโน้มถ่วง

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี

ภาวะเอกฐานเชิงความโน้มถ่วง (gravitational singularity) คือภาวะซึ่งเกิดขึ้นเมื่อลักษณะดาราศาสตร์ฟิสิกส์ที่มีพื้นฐานมาจากสัมพัทธภาพทั่วไป (general relativity) โดยมีเหตุมาจากการคาดการณ์พฤติกรรมเชิงอายุรการ (pathological bahavior) ของอวกาศ-เวลา (space-time) เช่นความโค้งของอวกาศ-เวลาที่มีค่าเป็นอนันต์ (infinite) นิยามนี้มีความคล้ายคลึงกับภาวะเอกฐานเชิงคณิตศาสตร์ (mathematical singularity) เป็นอย่างมากในเชิงที่ว่าภาวะเอกฐานเชิงความโน้มถ่วงนั้นจะเกิดขึ้นเมื่อสมการแสดงภาวะเอกฐานเชิงคณิตศาสตร์

ข้อสังเกตของภาวะเอกฐานคือ ณ จุดหนึ่งเมื่อความโค้งของอวกาศ-เวลาเกิดการระเบิดขึ้น ล้วนเป็นช่วงที่การอธิบายเป็นการจินตนาการเสียส่วนมาก อย่างไรก็ตามภาวะเอกฐานนั้นสามารถเกิดขึ้นจริงได้แม้ว่าความโค้งของอวกาศ-เวลายังคงไม่เป็นอนันต์อยู่ก็ตาม

ในทางปฏิบัตินั้น อวกาศ-เวลาจะเป็นเอกฐานได้ก็ต่อเมื่อ:

  • เกิดความไม่สมบูรณ์ในโครงสร้างเชิงปริมาตรธรณี
  • อวกาศ-เวลาไม่สามารถดำเนินต่อไปได้

เมื่ออวกาศ-เวลาอยู่ภายใต้สองเงื่อนไขดังกล่าว ภาวะเอกฐานจะปรากฏขึ้น ณ จุดเกิด/จุดดับที่เกิดความไม่สมบูรณ์

ภาวะเอกฐานที่ศูนย์กลางของหลุมดำ (Black hole) เป็นจุดที่มวลสารอัดแน่นจนมีขนาดเล็กเป็นอนันต์ (infinite) และมีความหนาแน่นสูงมาก จนมีค่าอนันต์เช่นกัน ในทฤษฏีบิ๊กแบง (Big Bang) ก็เช่นกัน เอกภพเกิดจากภาวะเอกภาพของความหนาแน่นและอุณหภูมิที่มีค่าอนันต์

ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ในบริเวณใจกลางหลุมดำทรงกลมนั้นจะมีเอกภาวะกาลอวกาศอยู่ นั่นหมายถึงสุดโค้งของกาลอวกาศ หมายความว่าจากจุดที่ผู้สังเกตที่กำลังจะเข้าสู่หลุมดำ ที่เวลาหนึ่งที่กำลังจะข้ามผ่านจุดนั้นไป หลุมดำจะกลายมาถูกกดอัดเข้าสู่บริเวณที่ปริมาตรเป็นศูนย์ ดังนั้นความหนาแน่นอนันต์ ที่ปริมาตรศูนย์นี้ บริเวณที่มีความหนาแน่นไม่สิ้นสุดจะอยู่บริเวณใจกลางหลุมดำพอดีเรียก เอกภาวะ หรืภาวะเอกฐานเชิงความโน้มถ่วง

ภาวะเอกฐานในหลุมดำที่ไม่มีการหมุนนั้นเป็นจุดจุดหนึ่ง หรืออาจกล่าวได้ว่ามันมีความยาว กว้างและลึกเป็นศูนย์ ภาวะเอกฐานของหลุมดำที่หมุนได้ จะไม่นับเป็นการก่อสร้างของวงแหวนพิศวง ที่อยู่นอกระนาบการหมุน ในวงแหวนนั้นจะไม่มีความหนาและไม่มีปริมาตร

การปรากฏของภาวะเอกฐานเป็นที่เข้าใจว่าเป็นสัญญาณของจุดสิ้นสุดของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป โดยไม่คาดคิด เหมือนกับที่เกิดเมื่อกลศาสตร์ควอนตัมมีผลกระทบและกลายมาเป็นความสำคัญ เนื่องจากความกดดันมีมากและอนุภาคก็มีผลกระทบซึ่งกันและกัน โชคไม่ดีที่ไม่สามารถที่จะรวมทฤษฎีควอนตัมและความโน้มถ่วงเข้าด้วยกันได้ แต่อย่างไรก็ตามก็คาดว่าทฤษฎีโน้มถ่วงควอนตัมจะแสดงลักษณะเด่นของหลุมดำโดยไม่มีเอกภาวะ

อย่างไรก็ตาม การก่อตัวของภาวะเอกฐานอาจใช้เวลาจำกัดมากจากจุดที่ผู้สังเกตการยุบตัวของวัตถุ แต่จากจุดที่ไกลจากผู้สังเกตอาจจะใช้เวลาไม่สิ้นสุดเนื่องจากการยืดเวลาเนื่องจากความโน้มถ่วง