Merkeligheter finnes alle steder, og det gjelder også i verdensrommet. Her er det punkter, hvor fysikkens ligninger tilsynelatende friker fullstendig ut, og hvor allting blir uendeligt energirikt, uendelig tungt, og uendeligt varmt.

Slike punkter kalles for singulariteter og er både berømte og beryktede innen fysikkens verden. Punkter, som ikke kan beskrives med ligninger, kan ikke styres, og de blir vi ikke kloke på.

Hver teori har en begrensning

Kosmolog Steen H. Hansen som er ansatt på Dark Cosmology-senteret på Niels Bohr Instituttet på Københavns Universitet sier;

«En singularitet er det egentlig ikke noe odiøst ved, for det er slik sett bare et uttrykk for at den måten, man beskriver omgivelsene på, bryter ned det vedkommende stedet. Punktet oppfører seg altså på en annen måte enn omgivelsene, og kan ikke beskrives med den vanlige fysikken», forklarer han.

Han vet godt at singulariteter er uønskede i fysikkens verden og at de fleste fysikerne betrakter singulariteter som en ulempe for teoriene.

«Jeg oppfatter dem mer som en styrke, for singularitetene forteller oss at du ikke kan bruke disse ligningene ved så høye energier. Ligningene har så å si et innebygget varslingssystem som selv sier fra når de kan brukes og når man forsøker å tvinge dem til å beskjeftige seg med noe som ligger utenfor kompetanseområdet deres», sier Steen H. Hansen med et smil.

Et proton har mange ansikter

Et av de fenomenene som kan oppfattes som en singularitet, er et proton, som utgjør en viktig bestanddel av alle atomer omkring oss.

Et proton er en positivt ladet partikkel, med et elektriske felt som avtar i takt med at man beveger seg vekk fra den – feltstyrken endrer seg helt nøyaktig som 1/r ² , hvor r er avstanden mellom protonet og observatøren.

Omvendt vil styrken av det elektriske feltet gå mot uendelig, jo tettere på protonet, man kommer – og det er nettopp kjennetegnet ved en matematisk singularitet.

Når vi kommer så tett på så kan man faktisk ikke beskrive protonet på den måten.

Så snart man kommer innen en avstand på 10 ^{– 15} meter, så kan man se at protonet i virkeligheten er sammensatt av små egenrådige partikler som oppfører seg så spesielt at de bare kan beskrives med gjenstridig kvantekromodynamikk, noe som ifølge Steen H. Hansen er fryktelig komplisert å ha med å gjøre.

Den velkjente klassiske fysikken blir altså plutselig avløst av noen verdensfjerne beregninger.

«Protonet er altså i virkeligheten ikke en singularitet, men bare en partikkel som oppfører seg forskjellig avhengig av om man ser den langt fra eller tett på. Synsvinkelen er altså avgjørende for hvilke ligninger man kan bruke» poengterer Steen H. Hansen.

Matematisk kunstgrep fjerner singularitet

Et annet fenomen, hvor fysikerne omgås singulariteter er i et sort hull, som er et eksotisk objekt, hvis masse har blitt presset så mye sammen av tyngdekraften at de ikke tar opp plass. Tett på et sort hull er tyngdekraften så sterk at selv lyset ikke kan slippe vekk.

Når man regner på et sort hull så opptrer det en singularitet ved en grense, den såkalte Schwartzschild-radiusen. Passerer man først den grensen på vei inn mot et sort hull vil gravitasjonsfeltet være så voldsomt at man ikke kan slippe ut.

Grensen er beskrevet ved et matematisk uttrykk som inneholder noen avstandsmål som vokser seg uendeligt store når man nærmer seg grensen. Man har imidlertid funnet ut at det i bunn og grunn er et matematisk problem, som man kan takle ved å regne på det sorte hullet i et annet koordinatsystem, hvor man på snedig vis kan slippe avstandsmålene.

«En astronaut som faller inn i et sort hull vil ikke legge merke til at han passerer Schwartzschild-radiusen. Det han trodde var en singularitet ved å se på ligningen for Schwartzschild-radiusen da han dro avsted er altså i virkeligheten slett ikke en singularitet», poengterer Steen H. Hansen.

Gode råd er dyre i senteret av et sort hull

Schwartzschild-radiusen er altså heller ikke noen singularitet, men det er det et annet punkt i et sort hull, det er nemlig senteret.

«Inne i senteret bryter den kjente fysikken fullstendig sammen, vi har ikke en sjanse til å beskrive hva som foregår», sier han.

Det, som fysikerne ikke kan forstå er relatert til at det sorte hullet kan fordampe via Hawking-stråling, slik at det sorte hullet langsomt men sikkert skrumper inn.

«Denne Hawkingstråling er relativt kjent. Men problemet er at man med den eksisterende fysikken er ute av stand til å beskrive hvordan den siste lille delen av det sorte hullet forsvinner», sier han.

Årsaken er antagelig fullstendig den samme måten som med protonet. Nemlig at man inne i senteret har bruk for en annen måte å beskrive tingene på – altså at det inne i det sorte hullets aller dypeste indre er så ekstreme forhold at man må bruke en annen, ukjent fysikk.

«Mange fysikere drømmer om en forent teori som både rommer kvantemekanikk og generell relativitetsteori, og som gjelder overalt, uansett om man på overflaten av et proton eller inne i et sort hulls dypeste indre. Den teorien blir det arbeidet iherdig med, og når vi har den, vil vi antagelig ha forstått eller kanskje bli kvitt alle singularitetene», slutter Steen H. Hansen.