Космологическая сингулярность

Космологи́ческая сингуля́рность (от лат. singularis – отдельный, особый, единственный), начальное состояние Вселенной, когда кривизна пространства-времени и плотность энергии материи ${\displaystyle \epsilon }$ были очень велики – порядка планковских значений:

${\displaystyle \displaystyle \left|R^{\alpha \beta \gamma \delta }R_{\alpha \beta \gamma \delta }\right|\sim c^{6}/(G^{2}\hbar ^{2})\sim 10^{131}\ {\text{см}}^{-4}}$,

${\displaystyle \displaystyle \varepsilon \sim c^{7}/(G^{2}\hbar )\sim 10^{114}\ {\text{эрг}}/{\text{см}}^{3}}$,

где ${\displaystyle R_{\alpha \beta \gamma \delta }}$ – тензор кривизны пространства-времени (тензор Римана), ${\displaystyle c}$ – скорость света, ${\displaystyle G}$ – гравитационная постоянная, ${\displaystyle {\text{ℏ}}}$ – постоянная Планка. При таких малых размерах и больших энергиях определяющую роль играют квантовые флуктуации пространства-времени-материи, а имеющиеся модели Вселенной и частиц неприменимы.

Космологическая сингулярность предшествовала инфляционной стадии расширения Вселенной (первой из инфляционных стадий, если их было несколько), вследствие которой Вселенная стала в высокой степени однородной, изотропной и пространственно-плоской. Сингулярное состояние существовало в прошлом, около 13,8 млрд лет назад, оно имело иную симметрию и было существенно квантовым – физические степени свободы не разделялись на пространственно-временны́е и материальные. Такое разделение возникло при меньших энергиях в ходе эволюции квантовой системы. Теоретическим обоснованием существования сингулярности является общая теория относительности, правомерность выводов которой подтверждена наблюдательной космологией и физикой элементарных частиц.

Вопрос о появлении космологической сингулярности связан с гравитационным эффектом генерации самих сингулярных состояний. Таким генератором могут быть чёрные дыры, которые формируют астрофизические сингулярности при коллапсе массивной звезды.