ภาวะเอกฐานเชิงความโน้มถ่วง (
อังกฤษ: gravitational singularity)
ภาวะเอกฐานของปริภูมิ-เวลา (
อังกฤษ: spacetime singularity) หรือ
ซิงกูลาริตี (
อังกฤษ: singularity) เป็นสถานที่ใน
ปริภูมิ-เวลาที่สนาม
ความโน้มถ่วงของเทห์ฟากฟ้าถูกคาดการณ์ไว้ว่ามีค่าเป็น
อนันต์โดยใช้
ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปในลักษณะที่ไม่ขึ้นกับ
ระบบพิกัด กล่าวคือ ปริมาณต่าง ๆ ที่ใช้ในการวัดความเข้มของสนามความโน้มถ่วงเป็น
ค่าคงที่ความโค้งเชิงสเกลาร์ของปริภูมิ-เวลา ซึ่งประกอบไปด้วยการวัดความหนาแน่นของสสาร แต่เนื่องจากปริมาณที่กล่าวมามีค่าเป็นอนันต์ ณ ที่ภาวะเอกฐานนี้ ฉะนั้นกฎของปริภูมิ-เวลาแบบปกติจึงไม่สามารถใช้ได้
[1][2]ปกติแล้วภาวะเอกฐานเชิงความโน้มถ่วงถือว่าเป็นเนื้อหาของ
ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป (ชี้ว่า
ความหนาแน่น ณ จุดศูนย์กลางของ
หลุมดำมีค่าเป็นอนันต์อย่างเด่นชัด) และยังเป็น
ฟิสิกส์ดาราศาสตร์และ
จักรวาลวิทยาใน
ช่วงสภาพแรกเริ่มของเอกภพขณะเกิด
บิกแบง ในตอนนี้ นักฟิสิกส์ยังไม่สามารถบอกได้ว่าการคาดการณ์ถึงภาวะเอกฐานนี้นั้นจะหมายความว่าภาวะเอกฐานนี้ (หรือภาวะเอกฐานในช่วงบิกแบง) มีอยู่จริง หรืออาจเป็นเพราะความรู้ความเข้าใจในปัจจุบันนั้นยังไม่เพียงพอที่จะสามารถอธิบายได้ว่าเกิดอะไรขึ้นในสภาพความหนาแน่นยิ่งยวดนี้ในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปคาดไว้ว่า วัตถุใด ๆ ที่มีการยุบตัวอย่างรุนแรงเกินจุด ๆ หนึ่ง (สำหรับ
ดาวฤกษ์จุดนั้นคือ
รัศมีชวาทซ์ชิลท์) จะก่อตัวเป็นหลุมดำ โดยที่ภายในจะก่อให้เกิดภาวะเอกฐานขึ้น (ซึ่งมีขอบฟ้าเหตุการณ์ปกคลุมล้อมรอบ)
[3] ทฤษฎีบทภาวะเอกฐานเพนโรส-ฮอว์กิง นิยามภาวะเอกฐานว่ามี
จีโอเดสิก (geodesic) ที่ไม่สามารถขยายตัวในลักษณะ
ปรับเรียบได้ (smooth manner)
[4] ซึ่งการสิ้นสุดของจีโอเดสิกในลักษณะนี้ถือว่าเป็นภาวะเอกฐานดังกล่าวในช่วงสภาพแรกเริ่มของ
เอกภพขณะเกิด
บิกแบง ยังมีการคาดการณ์โดยใช้ทฤษฎีสมัยใหม่มากมายว่าในช่วงเวลานั้นเป็นภาวะเอกฐาน
[5] ในกรณีนี้ที่เอกภพไม่ได้ยุบตัวลงกลายเป็นหลุมดำ เนื่องมาจากการคำนวณที่ทราบในปัจจุบันและขีดจำกัดของความหนาแน่นสำหรับการยุบตัวเชิงความโน้มถ่วงนั้น (gravitational collapse) ปกติแล้วขึ้นกับวัตถุที่มีขนาดค่อนข้างคงที่ เช่น ดาวฤกษ์ และไม่จำเป็นต้องเป็นวิธีเดียวกันกับ
การขยายตัวอย่างรวดเร็วของอวกาศ เช่น การระเบิดของบิกแบง ในปัจจุบันนี้ทั้ง
ทฤษฎีสัมพัทธภาพและ
กลศาสตร์ควอนตัมยังไม่สามารถอธิบายถึง
การระเบิดของบิกแบงในระยะแรกได้
[6] อีกทั้งในทฤษฎีสัมพัทธภาพและกลศาสตร์ควอนตัมกล่าวว่า อนุภาคไม่สามารถอาศัยอยู่ในอวกาศที่มีขนาดเล็กกว่า
ความยาวคลื่นได้
[7]ข้อสังเกตของ
ภาวะเอกฐานคือ ณ จุดหนึ่งเมื่อความโค้งของอวกาศ-เวลาเกิดการระเบิดขึ้น ล้วนเป็นช่วงที่การอธิบายเป็นการจินตนาการเสียส่วนมาก อย่างไรก็ตามภาวะเอกฐานนั้นสามารถเกิดขึ้นจริงได้แม้ว่าความโค้งของอวกาศ-เวลายังคงไม่เป็นอนันต์อยู่ก็ตามในทางปฏิบัตินั้น อวกาศ-เวลาจะเป็นเอกฐานได้ก็ต่อเมื่อ:เมื่ออวกาศ-เวลาอยู่ภายใต้สองเงื่อนไขดังกล่าว ภาวะเอกฐานจะปรากฏขึ้น ณ จุดเกิด/จุดดับที่เกิดความไม่สมบูรณ์ภาวะเอกฐานที่ศูนย์กลางของ
หลุมดำ (Black hole) เป็นจุดที่มวลสารอัดแน่นจนมีขนาดเล็กเป็น
อนันต์ (infinite) และมีความหนาแน่นสูงมาก จนมีค่าอนันต์เช่นกัน ใน
ทฤษฏีบิ๊กแบง (Big Bang) ก็เช่นกัน
เอกภพเกิดจากภาวะเอกภาพของความหนาแน่นและอุณหภูมิที่มีค่าอนันต์ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ในบริเวณใจกลางหลุมดำทรงกลมนั้นจะมีเอกภาวะกาลอวกาศอยู่ นั่นหมายถึงสุดโค้งของกาลอวกาศ หมายความว่าจากจุดที่ผู้สังเกตที่กำลังจะเข้าสู่หลุมดำ ที่เวลาหนึ่งที่กำลังจะข้ามผ่านจุดนั้นไป หลุมดำจะกลายมาถูกกดอัดเข้าสู่บริเวณที่ปริมาตรเป็นศูนย์ ดังนั้นความหนาแน่นอนันต์ ที่ปริมาตรศูนย์นี้ บริเวณที่มีความหนาแน่นไม่สิ้นสุดจะอยู่บริเวณใจกลางหลุมดำพอดีเรียก เอกภาวะ หรืภาวะเอกฐานเชิงความโน้มถ่วงภาวะเอกฐานในหลุมดำที่ไม่มีการหมุนนั้นเป็นจุดจุดหนึ่ง หรืออาจกล่าวได้ว่ามันมีความยาว กว้างและลึกเป็นศูนย์ ภาวะเอกฐานของหลุมดำที่หมุนได้ จะไม่นับเป็นการก่อสร้างของวงแหวนพิศวง ที่อยู่นอกระนาบการหมุน ในวงแหวนนั้นจะไม่มีความหนาและไม่มีปริมาตรการปรากฏของภาวะเอกฐานเป็นที่เข้าใจว่าเป็นสัญญาณของจุดสิ้นสุดของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป โดยไม่คาดคิด เหมือนกับที่เกิดเมื่อกลศาสตร์ควอนตัมมีผลกระทบและกลายมาเป็นความสำคัญ เนื่องจากความกดดันมีมากและอนุภาคก็มีผลกระทบซึ่งกันและกัน โชคไม่ดีที่ไม่สามารถที่จะรวมทฤษฎีควอนตัมและความโน้มถ่วงเข้าด้วยกันได้ แต่อย่างไรก็ตามก็คาดว่าทฤษฎีโน้มถ่วงควอนตัมจะแสดงลักษณะเด่นของหลุมดำโดยไม่มีเอกภาวะอย่างไรก็ตาม การก่อตัวของภาวะเอกฐานอาจใช้เวลาจำกัดมากจากจุดที่ผู้สังเกตการยุบตัวของวัตถุ แต่จากจุดที่ไกลจากผู้สังเกตอาจจะใช้เวลาไม่สิ้นสุดเนื่องจากการยืดเวลาเนื่องจากความโน้มถ่วง