¿Qué es la singularidad espacio-temporal?

Una singularidad gravitacional o singularidad espacio-temporal es una ubicación donde las cantidades que se utilizan para medir el campo gravitacional se vuelven infinitas de una manera que no depende del sistema de coordenadas. Estas cantidades son las curvaturas invariantes escalares del espacio-tiempo, que incluyen una medida de la densidad de la materia.

A los efectos de probar los teoremas de singularidad de Penrose-Hawking , un espacio-tiempo con una singularidad se define como aquel que contiene geodésicas que no pueden extenderse de manera uniforme. El final de tal geodésica se considera la singularidad. Esta es una definición diferente, útil para probar teoremas.

Los dos tipos más importantes de singularidades espacio-temporales son las singularidades de curvatura y las singularidades cónicas . Las singularidades también se pueden dividir de acuerdo a si están o no cubiertas por un horizonte de eventos (las singularidades desnudas no están cubiertas). Según la relatividad general, el estado inicial del universo, al comienzo del Big Bang, era una singularidad. Tanto la relatividad general como la mecánica cuántica se descomponen al describir el Big Bang, pero en general, la mecánica cuántica no permite que las partículas habiten en un espacio más pequeño que sus longitudes de onda. Otro tipo de singularidad predicha por la relatividad general es dentro de un agujero negro: cualquier estrella que colapse más allá de cierto punto (el radio de Schwarzschild) formaría un agujero negro, dentro del cual se formaría una singularidad (cubierta por un horizonte de eventos), ya que todos la materia fluiría hacia cierto punto (o una línea circular, si el agujero negro está girando). Esto es nuevamente de acuerdo con la relatividad general sin mecánica cuántica, que prohíbe que las partículas onduladas entren en un espacio más pequeño que su longitud de onda. Estas singularidades hipotéticas también se conocen como singularidades de curvatura.

Muchas teorías en física tienen singularidades matemáticas de un tipo u otro. Las ecuaciones para estas teorías físicas predicen que la bola de masa de cierta cantidad se vuelve infinita o aumenta sin límite. Esto generalmente es un signo de una pieza faltante en la teoría, como en la catástrofe ultravioleta , la renormalización y la inestabilidad de un átomo de hidrógeno predicho por la fórmula de Larmor.

En la supersimetría , una singularidad en el espacio de módulo ocurre generalmente cuando hay grados de libertad sin masa adicionales en ese cierto punto. Del mismo modo, se cree que las singularidades en el espacio-tiempo a menudo significan que existen grados adicionales de libertad que existen solo dentro de la vecindad de la singularidad. También existen los mismos campos relacionados con todo el espacio-tiempo; por ejemplo, el campo electromagnético. En ejemplos conocidos de la teoría de cuerdas, los últimos grados de libertad están relacionados con cadenas cerradas, mientras que los grados de libertad están “pegados” a la singularidad y se relacionan con cadenas abiertas o con el sector retorcido de un orbifold.

Algunas teorías, como la teoría de la gravedad cuántica de bucles, sugieren que las singularidades pueden no existir. La idea es que, debido a los efectos de la gravedad cuántica, hay una distancia mínima más allá de la cual la fuerza de la gravedad ya no continúa aumentando a medida que la distancia entre las masas se acorta.

La teoría de la gravedad de Einstein-Cartan-Sciama-Kibble evita naturalmente la singularidad gravitacional en el Big Bang. Esta teoría extiende la relatividad general a la materia con momento angular intrínseco (spin) al eliminar una restricción de la simetría de la conexión afín y con respecto a su parte antisimétrica, el tensor de torsión, como una variable en la variación de la acción. El acoplamiento mínimo entre la torsión y los spinors de Dirac genera una interacción spin-spin en la materia fermiónica, que se vuelve dominante a densidades extremadamente altas y evita que el factor de escala del Universo llegue a cero. El Big Bang es reemplazado por un Big Bounce en forma de cúspide en el que la materia tiene una densidad enorme pero finita y ante la cual el Universo se estaba contrayendo.

Fuente: Wikipedia

El siguiente es el resumen de wiki:

Una singularidad gravitacional o singularidad espacio-temporal es una ubicación donde las cantidades que se utilizan para medir el campo gravitacional se vuelven infinitas de una manera que no depende del sistema de coordenadas. Estas cantidades son las curvaturas invariantes escalares del espacio-tiempo, que incluyen una medida de la densidad de la materia.
A los efectos de probar los teoremas de singularidad de Penrose-Hawking, un espacio-tiempo con una singularidad se define como aquel que contiene geodésicos que no pueden extenderse de manera uniforme. El final de tal geodésica se considera la singularidad. Esta es una definición diferente, útil para probar teoremas.

Una pequeña explicación según mi entendimiento:
Geodesic es el camino más corto (que obviamente es una línea recta) entre dos puntos en el espacio. Pero, debido a la curvatura espacio-temporal causada por cuerpos masivos, la definición de ‘línea recta’ cambia. Uno tiene que viajar más distancia para llegar al destino.
Ahora considere si la atracción gravitacional es tan fuerte, que la curvatura del espacio-tiempo es infinita. es decir, para llegar al destino, la luz (o cualquier entidad) debe recorrer la distancia infinita; lo que implica que nunca llegará al destino.

Esta ubicación donde la curvatura espacio-tiempo es infinita, se llama singularidad espacio-tiempo.

Más temprano esta mañana vi interestelar y escuché la palabra singularidad espacio-tiempo y me llamó la atención, así que detuve la película y desenterré la singularidad de Wikipedia y aquí está el resultado … Bueno, es un poco extraño

Una singularidad gravitacional o singularidad espacio-temporal es una ubicación donde las cantidades que se utilizan para medir el campo gravitacional se vuelven infinitas de una manera que no depende del sistema de coordenadas. Estas cantidades son las curvaturas escalares invariantes del espacio-tiempo, que incluye una medida de la densidad de la materia, que sea fácil … Solo léalo de nuevo y lo entenderá. Leí todo el artículo varias veces para hacerlo bien …

A los efectos de probar los teoremas de singularidad de Penrose-Hawking, un espacio-tiempo con una singularidad se define como aquel que contiene geodésicas que no pueden extenderse de manera uniforme. El final de tal geodésica se considera la singularidad. Esta es una definición diferente, útil para probar teoremas.

Los dos tipos más importantes de singularidades espacio-temporales son las singularidades de curvatura y las singularidades cónicas. Las singularidades también se pueden dividir según estén o no cubiertas por un horizonte de eventos (escribí un artículo al respecto) (las singularidades desnudas no están cubiertas). Según la relatividad general, el estado inicial del universo, al comienzo del Big Bang, era una singularidad. Tanto la relatividad general como la mecánica cuántica se descomponen al describir el Big Bang, pero en general, la mecánica cuántica no permite que las partículas habiten en un espacio más pequeño que sus longitudes de onda. Otro tipo de singularidad predicha por la relatividad general es dentro de un agujero negro: cualquier estrella que colapse más allá de cierto punto (el radio de Schwarzschild) formaría un agujero negro, dentro del cual se formaría una singularidad (cubierta por un horizonte de eventos), ya que todos la materia fluiría hacia cierto punto (o una línea circular, si el agujero negro está girando). Esto es nuevamente de acuerdo con la relatividad general sin mecánica cuántica, que prohíbe que las partículas onduladas entren en un espacio más pequeño que su longitud de onda. Estas singularidades hipotéticas también se conocen como singularidades de curvatura.

Muchas teorías en física tienen singularidades matemáticas (no soy fanático de las matemáticas) de un tipo u otro. Las ecuaciones para estas teorías físicas predicen que la bola de masa de cierta cantidad se vuelve infinita o aumenta sin límite. Esto generalmente es un signo de una pieza faltante en la teoría, como en la catástrofe ultravioleta, la renormalización y la inestabilidad de un átomo de hidrógeno predicho por la fórmula de Larmor.

En la supersimetría, una singularidad en el espacio de módulo ocurre generalmente cuando hay grados de libertad sin masa adicionales en ese cierto punto. Del mismo modo, se cree que las singularidades en el espacio-tiempo a menudo significan que existen grados adicionales de libertad que existen solo dentro de la vecindad de la singularidad. También existen los mismos campos relacionados con todo el espacio-tiempo; por ejemplo, el campo electromagnético. En ejemplos conocidos de la teoría de cuerdas, los últimos grados de libertad están relacionados con cadenas cerradas, mientras que los grados de libertad están “pegados” a la singularidad y se relacionan con cadenas abiertas o con el sector retorcido de un orbifold.

Algunas teorías, como la teoría de la gravedad cuántica de bucles, sugieren que las singularidades pueden no existir. La idea es que, debido a los efectos de la gravedad cuántica, hay una distancia mínima más allá de la cual la fuerza de la gravedad ya no continúa aumentando a medida que la distancia entre las masas se acorta.

La teoría de la gravedad de Einstein-Cartan-Sciama-Kibble evita naturalmente la singularidad gravitacional en el Big Bang. Esta teoría extiende la relatividad general a la materia con momento angular intrínseco (spin) al eliminar una restricción de la simetría de la conexión afín y con respecto a su parte antisimétrica, el tensor de torsión, como una variable en la variación de la acción. El acoplamiento mínimo entre la torsión y los spinors de Dirac genera una interacción spin-spin en la materia fermiónica, que se vuelve dominante a densidades extremadamente altas y evita que el factor de escala del Universo llegue a cero. El Big Bang es reemplazado por un Big Bounce en forma de cúspide en el que la materia tiene una densidad enorme pero finita y ante la cual el Universo se estaba contrayendo.

Consíguelo …… Ahora dime en los comentarios lo que tienes … Porque sabes

fuente: singularidad espacio-tiempo

Gracias por pedirme que responda.

Una singularidad espacio-temporal por definición es un punto donde todas las leyes conocidas de la física se descomponen.

¿Cómo sucede?

Cuando la tela del espacio-tiempo se envuelve y se enreda de tal manera que nada (incluso la luz) puede escapar de ella.

¿Cuándo sucede esto?

Para simplificarlo y entenderlo mejor, permítanme decirlo de esta manera. Estudiamos los agujeros negros para comprender el fenómeno desconocido. Cada vez que una estrella consume todos sus recursos, se descompone bajo sus propios efectos gravitacionales, lo que hace que su tamaño sea más pequeño y su atracción gravitacional más fuerte. Esta formación da como resultado un agujero negro. Ahora, si surge algo en el tirón gravitacional de él, el escape parece imposible según las leyes físicas actuales que tenemos y estaríamos divididos y desgarrados en partes hasta que llegue a la singularidad.

En interestelar, pudieron esquivarlo debido a la presencia de dimensiones superiores. (Cuando lo digo, no me refiero a que las dimensiones superiores no son realidad, es solo que todavía tenemos que experimentarlas).

Esto no se pudo responder en términos más lamentables. Espero haber podido dar una claridad.

Gracias por A2A.

1. Cualquier estrella que colapsara más allá del radio de Schwarzschild formaría un agujero negro, dentro del cual se formaría la singularidad. Esta singularidad está cubierta por el horizonte de eventos.
2. Según la relatividad general, la singularidad es el centro del agujero negro. Es un punto unidimensional que contiene una gran masa en un lugar infinitamente pequeño.
3. En la singularidad, la densidad y la gravedad se vuelven infinitas y las curvas espacio-temporales son infinitas. Y las leyes de la física no funcionan.

Trataré de responder esto en términos simples sin ecuaciones.

Digamos que estás parado en el centro exacto de un círculo con una soga en la mano. Por otro lado, has atado una pelota o algo así.

Empiezas a balancear la cuerda en círculos. Cuando la cuerda está completamente extendida, toma el tiempo máximo para una revolución y recorre la distancia máxima en una revolución. Este es el estado de dualidad perfecta. Aquí, el tiempo y el espacio son dos entidades claramente separadas.

A medida que la cuerda se retrae, los valores de tiempo y espacio se reducen hasta que alcanza el centro exacto. Entonces, no hay diferencia distinguible en el tiempo de revolución y la distancia que cubre por revolución. Esto es singularidad.

Los números matemáticos conocidos no pueden transmitir este fenómeno; principalmente, porque no hemos podido recrear u observar de cerca esta ocurrencia. Es por eso que los valores de velocidad, distancia y tiempo se denominan infinitos. El infinito colocado en cualquier ecuación le da el resultado en términos de múltiplos de infite que es infinito nuevamente.

¡Sencillo!

Según la Teoría de la relatividad de Einstein, el espacio y el tiempo no son más que las mismas cosas … y pueden ser representados por un plano.
Cualquier masa mantenida en este plano lo deformaría o crearía una curvatura y produciría gravedad. Esta gravedad obligaría a atraer cuerpos más pequeños. Las curvaturas serían algo así …
Ahora, ¿cuál es una singularidad en este plano?
Un punto … puede ser cualquier punto … donde las unidades físicas y las técnicas de medición y todas las leyes físicas conocidas se vuelven infinitas, eso se llama singularidad espacio-temporal .
En general, la singularidad en el centro de un agujero negro se llama singularidad del espacio-tiempo como se lee en su definición … no se conocen las leyes físicas de este punto.

Un agujero negro es algo que absorbe todo, incluso la luz. Esto se debe a la alta gravedad y a medida que profundizamos en un agujero negro aumenta la atracción.

Ahora, supongamos que vamos en bicicleta hasta el centro de un agujero negro (wooohooo). La atracción gravitacional aumenta, aumenta … aumenta, AUMENTA y finalmente alcanza un nivel infinito llamado SINGULARIDAD. En este punto unidimensional, el espacio y el tiempo dejan de existir. Sin espacio no hay tiempo

Una singularidad es un punto imaginario con densidad de masa infinita.

Webster dice:
“un punto en el que una función toma un valor infinito, especialmente en el espacio-tiempo cuando la materia es infinitamente densa, como en el centro de un agujero negro”.

Pero nadie ha visto el centro de un agujero negro. No tenemos instrumentos para medir tal cosa. No hay forma de obtener información. Todo está atrapado detrás del horizonte de eventos.
La mecánica cuántica prohíbe infinitos de este tipo. Es probable que la estructura real de la “Singularidad” no se parezca en nada a un “punto único de densidad infinita”, sino a algo muy diferente. Entonces, a menos que alguien pueda probar que es real, la Singularidad permanece imaginaria.

En el centro de un agujero negro hay una singularidad gravitacional, un punto unidimensional que contiene una enorme masa en un espacio infinitamente pequeño, donde la densidad y la gravedad se vuelven infinitas y el espacio – el tiempo se curva infinitamente, y donde las leyes de la física como la conocemos ellos dejan de funcionar.

Fuente: https://www.google.co.in/url?sa=…

En el centro de un agujero negro hay una singularidad gravitacional, es un punto unidimensional que contiene una enorme masa en un espacio infinitamente pequeño, donde la densidad y la gravedad se vuelven infinitas y el espacio – el tiempo se curva infinitamente, y donde las leyes de la física como nosotros sé que dejan de funcionar.

La concentración de masa infinita en un solo punto en el espacio-tiempo, que es el resultado del “colapso gravitacional” de un objeto estelar (masa estelar), forma una singularidad.