تکینگی به چه معنی است؟
جاهایی در دنیا وجود دارند که قوانین فیزیک در آنجا جواب نمیدهند. به این نقاط «تکینگی» گفته میشود. تصور کنید نیروی گرانش آنچنان فشاری به شما وارد کند که به میزان نامحدودی فشرده شده و تبدیل به یک نقطه شوید. در این صورت حجم اشغال شده توسط شما تقریباً به صفر میرسد. در این نقاط در حقیقت تکینگی ایجاد شده است و باید بدانید که ایجاد چنین حالتی غیرممکن است.
با این حال، در مرکز سیاهچالهها و شروع انفجار بزرگ این نقاط وجود دارند. این نقاط از نقطه نظر فیزیکی نشان دهندهی چیزی نیستند، ولی در معادلات ریاضی ظاهر میشوند و نشان دهندهی این واقعیت هستند که در این نقاط قوانین فیزیکی عمل نمیکنند. بنابراین برای درک این نقاط باید قوانین فیزیک را با چیزی دیگر که قابل درک باشد جایگزین کنیم.
تکینگی میتواند همه جا رخ دهد و در معادلات ریاضی که فیزیکدانان برای درک جهان اطراف به کار میبرند معمولاً ظاهر میشود. در حقیقت تکینگی جایی است که معادلات ریاضی به جوابهای غیرمعمول میرسند. به عنوان مثال، هر زمان در یک معادله رابطه ۱/X ظاهر شود و X در آن به سمت صفر میل کند، جواب معادله به سمت بینهایت میل میکند و میتوان گفت در معادله تکینگی ظاهر شده است.
در اغلب موارد میتوان با بازتعریف معادلات این تکینگی را از بین برد، ولی در فیزیک نقاط تکینگی موجود است که نمیتوان به راحتی آنها را از بین برد. معروفترین این تکینگیها، «تکینگی گرانشی» است که در نظریهی نسبیت عام اینشتین بروز میکند.
تکینگی موجود در مرکز یک سیاهچاله از نوع ریاضیاتی است و به همین خاطر کسی نمیداند واقعاً در مرکز سیاهچالهها چه خبر است. برای درک این موضوع، نیاز به نظریهای فراتر از نسبیت عام داریم. به طور خاص میتوان گفت به نظریهی گرانش کوانتومی نیاز داریم تا بتوانیم رفتار گرانش قدرتمند در مقیاس بسیار کوچک را بررسی کنیم. از جمله نظریاتی که در توضیح تکینگی مرکز سیاه چالهها جایگزین نظریهی نسبیت عام میشوند، میتوان به نظریهی ستارههای پلانک اشاره کرد. در این نظریه، ماده به شکل فوق فشرده در نظر گرفته میشود.
نظریهی دیگری که در این زمینه وجود دارد، «ستارههای انرژی تاریک» نام دارد. در این نظریه انرژی موجود در خلاء مانند یک سیاهچاله رفتار میکند. با این حال، همهی نظریاتی که تا کنون در این زمینه مطرح شدهاند فرضی بودهاند و باید منتظر نظریهی گرانش کوانتومی بمانیم.
نظریهی انفجار بزرگ که طی آن نسبیت عام صحیح در نظر گرفته میشود، مدل کیهانی مدرن از تاریخچهی جهان است. در این نظریه نیز تکینگی وجود دارد. بر اساس این نظریه در گذشتهی دور حدود ۱۳.۷۷ میلیارد سال پیش، همهی جهان در یک نقطهی بسیار کوچک محدود بوده است. هر چند فیزیکدانان این شروع را برای جهان نادرست میدانند، ولی این نظریه در توضیح تاریخ جهان از همان لحظه تا کنون بسیار موفق بوده است.
تنها نقطه ضعف این نظریه نیز تکینگی موجود در شروع آن است که لازم است به منظور حل آن، نظریه را بهروز کرد. اخیراً برای رفع تکینگی موجود در نظریهی انفجار بزرگ، نظریهی مجموعهی سببی پیشنهاد شده است که طی آن فضا-زمان دارای پیوستگی نیست و از تکههای گسسته تشکیل شده است. محققین در تلاش هستند تا لحظات نخستین انفجار بزرگ را با استفاده از نظریهی مجموعهی سببی شرح دهند تا به این ترتیب، تکینگی موجود در نظریهی انفجار بزرگ حل شده باشد.
