Hvad er singularitet?

Asger Knudsen vil gerne vide mere om den singularitet, der gik forud for Big Bang:

"Hvilke forestillinger (eller ligefrem teorier) har videnskaben om singulariteten, der gennem Big Bang udviklede sig til det nuværende univers?"

Holger Bech Nielsen, Professor, High Energy Theory, Niels Bohr Institutet, svarer:

"Umiddelbart kommer jeg til at tænke på to bemærkninger, som vel begge er forbundet med Stephen Hawkings navn:

1) Der er en ide, den såkaldte "Hartle Hawking no-boundary betingelse": Hartle og Hawking beskriver i den forbindelse tidsrum-mangfoldigheden som værende "Euklidisk", dvs. at de i virkeligheden arbejder med en model, hvori der er 4 rumdimensioner i stedet for sådan, som vi ved, det er empirisk, nemlig 3 rumdimensioner + een tidsdimension.

Faktisk har jeg talt med Hawking om netop dette, og det synes, at det ikke gør så stor en forskel for den måde, han udregner en bølgefunktion for universet, om han bruger 3+1 eller 4 dimensioner.
Men med den firedimensionale formulering (den Euklidiske) kan man postulere, at der slet ikke skal være nogen steder, hvor rummet - altså det firedimensionale - ender. Man kan altså postulere som noboundary-postulatet af Hartle og Hawking, at der i den forstand ikke er nogen singularitet.

I den Euklidiske formulering skal man snarere tænke sig - se for sig - en krukkeformet flade. Den todimensionale flade af krukken skulle så symbolisere det 4-dimensionale rumtidsrum i begyndelsen. Kanten af krukken - der er en dimension lavere naturligvis - ville så kunne forestille rummet i det øjeblik vi lever i nu.

2) Der findes teoremer om, at under visse forudsætninger er det nødvendigt, at der er singulariteter i - nu tænker jeg på 3+1 dimensional formulering.

(Det lyder lidt modsigende mod hvad jeg skrev under 1); men denne Hartle Hawking no boundary fortæller noget om, hvad tilstand universet kommer i, så det kunne bare forudsige en anden tilstand; men der er jo også det, at det kun var i den 4-dimensionale Euklidiske formulering vi, dvs. Hartle og Hawking, postulerede ingen grænse for tidsrumsrummet)

3) Jeg mener også, at f.eks. Veneziano har arbejdet med nogle ideer om det meget tidlige univers, indenfor superstrengteori. I superstrengteorien er der flere felter til rådighed. Måske her mest vigtigt den såkaldte dilaton.

4) Til sidst kan jeg nævne en modelforestilling som jeg selv og Masao Ninomiya nyligt har diskuteret - men som vi ikke nødvendigvis tror så meget på: Før Big Bang (I vores meget specielle model var der altså en tid før Big Bang. Det er nok den mindre populære type af modeller, der har et før-Big Bang i dag.) gik universets udvikling den modsatte vej. Dvs. at før Big Bang havde man en Hubble-kontraktion (i stedet for den Hubble-udvidelse, man har i dag), og i min og Masaos model var anden hovedsætning i termodynamikken endda vendt om.

Det sidste kan kun passe, hvis man mener at have en model BAG anden hovedsætning, som man altså så bare får ud som en tilnærmelse under visse omstændigheder. Ellers ville ideen om en tid, i hvilken entropien aftog (i stedet for sådan som anden hovedsætning udsiger at vokse) være i modstrid med den velfungerende anden hovedsætning.

Men i vor model erstatter vi så at sige Big Bang-tiden med en æra, i hvilken universets tilstand er fastlagt til at være speciel, og så bliver opførslen til både senere og tidligere tider mere kaotisk.

I den sædvanlige teori vil man antage, at universet startede i en speciel tilstand og så bliver mere og mere kaotisk. Det, at det bliver mere og mere kaotisk, er, hvad anden hovedsætning fortæller.

5) Nu kommer jeg også til at tænke på Roger Penroses ideer om hvad der skulle være specielt ved universets starttilstand: En vis tensor af fjerde orden kaldet Weyl tensoren skulle have været meget lille i begyndelsen."

Spørg Scientariet er i dag redigeret af Julie M. Callesen, jmc@ing.dk.

Emner Universet

Kommentarer (25)

Organisk liv kan ikke holde den fjerde dimension konstant, mens det lever.

Siger De, at det samme er tilfældet med Universet? - Vil det sige at Deres model gør Universet til en fire-dimensionel entropisk bølgeform, hvor Big Bang er et knudepunkt?

Hvis De har ret, så bliver alt så dejligt simpelt, at selv ingeniører kan forstå det!! :)

Elektrisk/magnetisk svinger i elekto-magnetiske bølger. Hvad ser De svinge med entropi?

mvh knud(e)

  • 0
  • 0

Jeg kan anbefale spørgeren at læse følgende artikler:

Quantum Cosmology and the Creation of the Universe
(Jonathan J. Halliwell)
På dansk her: http://universer.dk/halliwel.htm

Og i særdeleshed denne, af J.R. Minkel og George Musser:
Et genbrugt univers http://universer.dk/genbrug.htm


Bortset fra det, er vi nogle, der glæder os til CERN's kommende resultater, der vil kunne be- eller afkræfte mange af disse spændende teorier om singulariteten...

  • 0
  • 0

Bortset fra det, er vi nogle, der glæder os til CERN's kommende resultater, der vil kunne be- eller afkræfte mange af disse spændende teorier om singulariteten...

Lad mig gætte, teorierne vil blive afvist og Higgs partikel nægter at lade sig fremprovokere, men med de milliarder der blev brugt skal der måske "findes" noget...ja jeg glæder mig også.

  • 0
  • 0

Nej ikke pessimist, men optimist, standartmodellen giver universet et lidt sørgelig anstrøg som jeg ikke rigtig kan tro på...men vi få da forhåbentlig snart et svar for alle disse skattemilliarder, og mit gæt er at disse er brugt forgæves, og lad os nu se om jorden forsvinder i et menneskeskabt sort hul, ligesom milliarderne... :o), men jeg tror nu det er sidstnævnte allene der er forsvundet i det sorte hul...

mvh Berndt

  • 0
  • 0

Nej ikke pessimist, men optimist, standartmodellen giver universet et lidt sørgelig anstrøg som jeg ikke rigtig kan tro på...men vi få da forhåbentlig snart et svar for alle disse skattemilliarder, og mit gæt er at disse er brugt forgæves, og lad os nu se om jorden forsvinder i et menneskeskabt sort hul, ligesom milliarderne... :o), men jeg tror nu det er sidstnævnte allene der er forsvundet i det sorte hul... mvh Berndt

He. :) Jeg hører nu til dem, der tror på, pengene er givet godt ud. Jeg håber, vi kan finde graviton-partiklen eller antydninger af Supersymmetri, som strengteorien forudsiger det. Det er det hele værd.

  • 0
  • 0

Hej Bernt, nu er du igen ude hvor du ikke kan bunde. Hvis man stiller et spørgsmål er det ikke for at få et bestemt svar, men et svar. Hvis svaret er at der ikke findes singulariteter betyder det ikke at pengene er spildt - ikke mere end hvis svaret er et andet. Pengene går til at skaffe sig viden man ikke har, ikke for at blive bekræftet i sine fordomme.

Mvh Søren

  • 0
  • 0

Bernt lader aldrig en mulighed for at komme med ukonkret, udbasunerende, kort fra hovedet, påståelig og generelt dårligt forsvaret kritik af standardmodellen gå forbi. Det er så sikkert som amen i kirken. Ligesom han stensikkert vil kommentere det her med et indlæg af samme karakter inde for 24 timer.

  • 0
  • 0

Casper og Søren !

I kunne begge uden større problemer blive forsanger i (Big-Bang) kirken og ingen behøvede at være bange for at i ikke brugte ”Guds ord”. I har end ikke bemærket at der faktisk er nogle store problemer ved standartmodellen, men for jer er det letteste at tro på sagen, sikkert fordi i er bedst til at bruge den fotografiske hukommelse for at gengive andres erkendelser uden at have mulighed for at være kritisk. Hvem der ikke kan bunde skal i nok finde ud af, fordi Higgs partiklen vil ikke dukke op og jorden forsvinder heller ikke i et sort hul, det skulle lige være i den singularitet i har mellem ørene.

Jeg havde ellers prøvet på at give en forklaring mere, men fatter nu at din hentydning til Dostojewskijs ”Idioterne” var ment som forventet. Det er nogle sære sammenhæng jeg prøvede at vise dig Søren, men du fatter ikke hvad de viser dig, og jeg orker ikke længere at prøve på en forklaring, men Sofie er tilbage, nu hedder hun Michelle Nielsen, hun kan sikkert forklare de viste ligninger for dig. Nu vil jeg give mig til at læse ”Dæmonerne” imens i venter på fødslen af Whiskey-partiklen, Higgs. :o)

ligningerne er på: http://ing.dk/artikel/87381

Farvel...

  • 0
  • 0

Lad nu være at blive sur Bernt. Jeg hverken kender eller forstår standardmodellen, men dit statiske univers må du længere ud i mosen med. Og BB betragter jeg som det den er - en teori af flere mulige. Kan man (du) modbevise BB vil jeg ikke græde.

Mvh Søren

  • 0
  • 0

HVAD ER EN ’SINGULARITET’ I FYSIK?
En ’singularitet’ er betegnelsen for en ikke-fysisk matematisk løsning til ligninger, der indgår i fysiske teorier.

HVAD BETYDER ORDET SINGULARITET?
Ordet ’singularitet’ betyder ’særegenhed’ og det kommer af det latinske ord ’singularis’, der betyder ’særlig’.
(I øvrigt, også fra ordbogen: Singularium er et lægemiddel, der virker mod en bestemt sygdom.)

KOSMOLOGISKE MODELLER
I den fysiske kosmologi studerer man bl.a. hvordan Universet som helhed udvikler sig. Fra det begyndte sin aktive eksistens for milliarder af år siden og frem til vor tidsalder og videre ud i fremtiden.
De fleste kosmologiske modeller er baseret på Albert Einsteins (1879-1955) generelle relativitetsteori fra 1915, der kan beskrive tyngde-virkninger ved hjælp af en geometrisk matematisk model.
Det store problem ved Einsteins generelle relativitetsteori er, at den IKKE er en kvante-teori. Ligeledes har de såkaldte generelle felt-ligninger uendelig mange matematiske løsninger, hvorfra man så skal vælge dem, der opfylder fysiske begyndelsesbetingelser eller geometriske ’randbetingelser’. Mange af løsningerne til de generelle felt-ligninger giver således ’singulære’ ikke-fysisk acceptable løsninger.

SORTE HULLER SOM SINGULÆRE LØSNINGER
En ’singularitet’ er således betegnelsen for en matematisk mulighed, som ikke er fysisk acceptabel.
Den singulære, dvs. ’særegne’ matematiske løsning svarer ikke til en rationel fysisk tilstand.
Ikke desto mindre forsøger man at fortolke ’singulariteter’ som svarende til noget fysisk muligt. Dette er f.eks. tilfældet med teorien om ’Sorte Huller’. Disse super-tætte objekter, der har en gravitationel undvigelseshastighed, der forhindrer lys i at undslippe objektet, således at det ser ’sort ud’.

SCHWARZSCHILD-RADIUS FOR ET SORT HUL
Den singulære løsning der senere er blevet fortolket som et ’sort hul’ var, i øvrigt, den første matematiske løsning til Einsteins generelle felt-ligninger. Løsningen blev givet af Karl Schwarzschild (1873-1916) få måneder før han døde den 11. maj 1916. Løsningen angiver, hvordan rum-geometrien og tids-forløb er UDEN for et kuglesymmetrisk legeme med en given masse. Løsningen kan matematisk opskrives som et såkaldt linie-element ds, der angiver ’differentialet’ af en ’strækning’ i den pågældende geometri.
Koefficienten a(r) til den radiale komponent af linie-elementet ds er givet ved:

(1) a(r) = 1/(1-(2GM)/(ccr))

( En skråstreg / betyder en brøkstreg. Symbolet * betyder gangetegn)

I ligningen (1) er G Newtons gravitationskonstant, c lysets hastighed, M legemets masse og r afstanden fra det kuglesymmetriske legemes centrum.
Vi ser at nævneren i a(r) bliver lig med nul, og at a(r) går mod uendelig, for r = R(s), givet ved:

(2) R(s) = (2GM)/(c*c)

Man siger at R(s) er en singulær (sær) løsning til ligningen (1).
R(s) kaldes schwarzschild-radius efter Karl Schwarzschild.
R(s) angiver udstrækningen af den såkaldte ’begivenhedshorisont’. Begivenheder inden for en radius lig med R(s) kan ikke direkte observeres uden for R(s). Det er observationer af processer UDEN for ’begivenheds-horisonten’, der indirekte kan give informationer om de processer, der foregår indenfor.

EINSTEINS TEORI BRYDER SAMMEN!
Vi ser, at Einsteins teori bryder sammen i ’singularitets-problemer’.
Hvis Einsteins teori benyttes på Universets begyndelses-tilstand (kaldet Big Bang), da bryder den sammen, idet beregninger viser, at Universet begyndte i et matematisk punkt uden udstrækning og med uendelig stor massetæthed (kaldet Big Bang singulariteten). Dette er naturligvis fysisk forkert og helt uacceptabelt!
Universet begyndte IKKE sin aktive eksistens ’i en singularitet’!
Og 'tid' er et mål for forandrings-processer, der først kom i aktion efter Universets 'fødsel'!

LAPPELØSNINGS-MODELLER
Einsteins teori bryder sammen bl.a. fordi den ikke er kvantiseret. Fysikere, eller måske mest matematikere?, prøver at kvantisere teorien og finde matematiske løsninger, der er fysisk acceptable. Dette er dog endnu ikke lykkedes. Tværtimod synes de foreslåede modeller, at blive mere og mere matematiske abstraktions-modeller, der ikke umiddelbart synes at afspejle Naturens fænomener og processer, og som ikke forsøger at tilfredsstille ’simpelhedens princip’.

Meget tyder på, at de anvendte fysik-teorier ikke er gode nok, men at de bør erstattes af en kosmologisk helheds-teori, der er baseret på et fundamentalt kvantiseret niveau.

DEN KOSMISKE EMBRYOTON-UNIVERSETS FOSTERPARTIKEL
Undertegnede har udtænkt og udviklet en fysisk kvante-kosmologisk model, der er baseret på en kvantisering af de grundlæggende fysiske størrelser afstand, tid og masse, hvorudfra alle andre fysiske størrelser kan defineres. Med en sådan fundamental fysik-kvantisering kan singularitets-problemer undgås.

I undertegnedes kvante-kosmologiske model begyndte Universet sin kvante-aktive eksistens i en kvante-tilstand, som jeg har givet betegnelsen:
Den Kosmiske Embryoton (Universets foster-partikel).
Den Kosmiske Embryoton havde en udstrækning lig med den Universelt fundamentale ’kvante-længde’ (afstands-atomet) og en masse lig med den totale masse af Universet.

Man kan studere mere på:
http://louis.rostra.dk

Hilsen fra
Louis Nielsen

  • 0
  • 0

Hej Louis
Er grundig redegørelse med ligninger der desværre ligger uden for min uakemiske verden .
Men med eller uden akademi er tanke og teorier fri for alle uanset man hedder Einstein , eller Bohr .
Derfor vil jeg tillade mig den teori at det univers vi omtaler i forbindelse med Big Bang teorien absolut ikke omfatter det uendeligt uendelige antal af universer .
Bortset fra dette er det sandsynligt vort nærunivers som vi har mulighed for at danne os et indtryk af kan have en øjeblikkelig bevægelse udefter forårsaget af en atomar eksplosion .
Baggrunden for denne eksplosive hændelse er efter min tanke at alle de udslyngede dele i rummet pulsere ud fra og ind til centrum i en given rytme der retter sig efter gravidationernes skiftende styrke i de indbyrdes forhold mellem elementerne , combineret med den udslygende krafts aftagende effekt.
Et brag der sender glødende partikler ud i stjerneform som fra en nytårsraket på himlen .De udslyngede partikler bevarer sin indbyrdes magnetisk tiltrækningskraft der til slut trækker dem samlende ind til midten igen hvor den komprimerende masse oparbejderet stigende tryk der ender med en ny kædereaktion og eksplosion osv. osv.

  • 0
  • 0

Ingeniørens debatforum har udviklet sig til et sted hvor diverse crackpots af forskellige afskygninger hænger ud. Desværre, for det er rent tidsspilde at se folk der ikke ved noget ordentligt om et emne diskutere med hinanden....

  • 0
  • 0

Martin.
Kom med et bud på hvordan du mener tingenes tilstand er og hvordan de er opstået.
Jeg skal nok undlade at kalde dig --crackpot--uanset hvor meget "nytænkningen" der skulle være afvigende fra de "gamle" teorier .
Uden afvigende tænkning kan man jo aldrig teste bestående tanker og ideer . Det sker ustandselig at gængse opfattelser må forkastes netop på grund af nytænkningens spørgsmaål til det gængse .
Så kom med dit bud på hvordan hele universets sammenhæng er opstået og forløber.
Hvis man da ikke tror på det er en højere guddom der har strøet materiale ud i det tomme rum , er spørgsmålet hvorfra stoffet så skulle komme ??

  • 0
  • 0

Du er jo helt væk iver... Hvor får du disse ting fra? Det er udelukkende tankespind fra dit forvirrede lille hoved. Du kommer hverken med noget konkret eller tankevækkende, hvad skal man bruge det du siger til ?? That's right.. man kan ikke bruge det til en flyvende fis. "Hvad nu hvis universet opstod i en kæmpe eksplosion af jordbær, og det er derfor man observerer rødforskydning?!?!" (dig)

Det du skriver har intet med videnskab at gøre, hvis ikke du på en eller anden måde kan bevise, hvad du påstår. For mig at se, ville du have godt, af at få det ind i hovedet, ellers kan du jo lige så godt begynde at tro på solguden, allah eller lillebror-ost som den ultimative skaber for den sags skyld.

  • 0
  • 0

Ingeniørens debatforum har udviklet sig til et sted hvor diverse crackpots af forskellige afskygninger hænger ud. Desværre, for det er rent tidsspilde at se folk der ikke ved noget ordentligt om et emne diskutere med hinanden....

Det går igen i alle mulige fora, populæruvidenskaben har overtaget den ortodoxe religions rolle, mange meninger om alt muligt, men ikke noget at have det i, ikke engang seriøs SF.

Bortset fra det, så er videnskaben ikke vildt begejstret for det uendelige antal universer, så hvis der kommer en ny teori der dømmer multiuniverset ude er der en vis interesse at spore: http://www.newscientist.com/article/mg2012...

  • 0
  • 0

For nogle år siden så jeg på Discovery Science eller på biblioteket eller andetsteds en teori, som jeg siden har tænkt på, men ikke kunnet finde igen. Den har nok været for langt ude. Det handlede om at i stedet for en "eksplosion", som startede universet, findes et eller andet sted - et sted, som stoffet vælter ud fra i alle retninger og måske altid har gjort det med stadig stigende hastighed, jo længere man kommer væk fra udgangspunktet. Det betyder, at i en vis afstand vil det se ud som om alting fjener sig fra hinanden, som det jo er tilfældet, og man vil ikke kunne erkende "den absolutte" retning. Det skulle være et fluktuationssystem i selvsving (ingenting laves om til noget (stoffet) og minus noget (tyngdekraften) i lige dele. I en passende afstand fra startstedet, vil der være mulighed for stjernedannelse med liv. Det er (selvfølgelig) i denne zone vi befinder os. På et tidspunkt, bevæger vi os ud, men det er ligemeget, for der kommer jo nye til. Der skulle altså ikke have været et brag for 14 mia. år siden, men i stedet skulle vi have forladt kildens udgangspunkt for ca. 14 mia. år siden.
Jeg har søgt på nettet uden held, men hvis nogen kender eller finder den, så sig til. Den er sikkert "død", og jeg tror også mere på B.B.
Den engelske filosof og matematiker Bertrand Russell er citeret for følgende : "Den største provokation mod den menneskelige tanke er, at der overhovedet findes noget, for det burde der ikke".
Han har ret, for det er et problem uanset om det kom for 14 mia. år siden eller har været der altid (som måske også kun er 14 mio år) Steen

  • 0
  • 0

...er blevet en observationel videnskab - takket være en fantastisk teknologisk udvikling, ikke mindst rumfart og CCDs.

Hvis I vil have nogen (især ingeniører) til at tage Jeres personlige teorier alvorligt (som naturvidenskab), så må I vise hvordan de forklarer universets faktiske udseende, kvantitativt og helst bedre end hvad vi allerede har.

  • 0
  • 0

...er blevet en observationel videnskab - takket være en fantastisk teknologisk udvikling, ikke mindst rumfart og CCDs. Hvis I vil have nogen (især ingeniører) til at tage Jeres personlige teorier alvorligt (som naturvidenskab), så må I vise hvordan de forklarer universets faktiske udseende, kvantitativt og helst bedre end hvad vi allerede har.

...om det er en observationel "videnskab" afhænger desværre af om tolkningen af det observerede er reel, først da fører observationen til reel viden i stedet for gætværk !!

  • 0
  • 0

[quote]...er blevet en observationel videnskab - takket være en fantastisk teknologisk udvikling, ikke mindst rumfart og CCDs. Hvis I vil have nogen (især ingeniører) til at tage Jeres personlige teorier alvorligt (som naturvidenskab), så må I vise hvordan de forklarer universets faktiske udseende, kvantitativt og helst bedre end hvad vi allerede har.

...om det er en observationel "videnskab" afhænger desværre af om tolkningen af det observerede er reel, først da fører observationen til reel viden i stedet for gætværk !![/quote]

Javist - det er så det der er vores profession, og det er noget vi er umådeligt omhyggelige med.

  • 0
  • 0

Ordet ’singularitet’ betyder ’særegenhed’

Ked af at korrigere dig Louis, men din oversættelse af "singularis" fra Latin er ikke korrekt.

I stedet for "særpræget" betyder ordet simpelthen "enhed" eller "ental" - i betydningen at der er tale om et objekt som ikke består af flere andre objekter, og ej heller kan opdeles i sådanne.

Navnet har fænomenet fået, fordi det i den "klassiske" forklaring er UDEN FYSISK UDSTRÆKNING, altså et matematisk punkt.

Dine øvrige udledninger, og matematiken omkring dem, kan jeg desværre ikke forholde mig til.

Niels

  • 0
  • 0

Helt seriøst, hvad har i gang i?

Jeg har personligt ikke god erfaring med navnene Casper og Søren; det kunne måske tænkes, at Fido-teorien gør sig gældende her?

  • 0
  • 0