科学家在黑洞中心发现的奇点，会让我们已知的物理定律崩溃

科学家们在黑洞中心和

宇宙

大爆炸开始的时候，发现了一些奇点，它们在物理学上不代表任何东西，同时也告诉人们

我们

已知

的物理定律

正在

崩溃。

我们大家想象一下，假说说重力把我们压缩成一个无限小的点，那我们就小到不会占据任何体积了，这个听起来似乎是不可能的事情。

但是科学家们却在黑洞中心和大爆炸开始的时候，发现了一些“奇点”。

当这些奇点出现在数学中时，他们在物理学上不代表任何东西，同时他们也告诉人们，我们的物理理论正在崩溃，未来我们还需要用更好的解释来代替它们。

什么是奇点？

奇点可以出现在宇宙的任何一个地方，物理学家普遍用它们来理解宇宙中的数学。

所谓奇点，就是存在于黑洞中的一个非常奇特的点，他也是大爆炸的起点，以及大塌缩的终点。

在数学中，奇点通常是在数学对象上称为未定义点的点，或是在特殊情况下不能完全排序时，出现在异常集中的点。

它是数学中“行为不端”的地方。因为当一个分数的分子是一个有限值而分母变为零时，结果通常会生成一个无限值。

这些奇点中的大多数通常可以通过指出方程缺少某些因素，或者指出永远不会达到奇点的物理可能性来解决。换句话说，它们有可能不是“真实的”。

但在物理学中存在着没有简单解决方案的奇点。最著名的是引力奇点，引力奇点是大爆炸宇宙学中提到的一个“点”。该理论认为，宇宙是在这个“点”的“大爆炸”后形成的。这是我们目前关于引力如何运作的最好理论。

奇点的分类？

奇点是具有无限密度、无限高时空曲率、无限高热量和无限小体积的“点”。所有已知的物理定律都在奇点失效。

在众所周知的物理定律失效的地方，奇点通常被认为是一个点，但原则上它们可以采取一维线甚至二维膜的形式。

奇点在广义相对论中被分成了坐标奇点和真奇点两种类型。当无穷大在一个坐标系中出现，而在另一个坐标系中消失时，就会出现坐标奇点。

物理学家卡尔·史瓦西在把广义相对论应用于一个简单的球形质量系统中的时候，他发现解有两个奇点，一个在精确的中心，而另一个在离中心一定距离处。

多年来，物理学家认为这两个奇点预示着理论的崩溃，但只要球体的半径大于施瓦西的半径就没有关系了。

根据圣何塞州立大学的说法，物理学家所需要的只是广义相对论来预测引力对质量的影响。

如果一个物体被挤压到它自己的史瓦西半径以下，那奇点就会在质量之外了，同时这也意味着广义相对论会在它不应该存在的区域里崩溃。于是人们很快就发现了史瓦西半径处的奇点就是坐标奇点。

天体物理学家伊森·西格尔在《福布斯》中写道，虽然坐标系的变化消除了奇点，但他保留了广义相对论，可以使其仍然能够做出有效的预测。

所以根据广义相对论的方程，只要形成一个不旋转的史瓦西黑洞，那么在黑洞视界内的物质，在引力作用下必定能坍缩出一个密度无穷大的奇点。

宇宙从大爆炸开始的均匀膨胀是这个黑洞坍缩的镜像反转，这意味着宇宙诞生于一个奇点。

爱因斯坦说，时间和空间是人们感知的幻觉。时间是因为宇宙万物的变化，才使人们有了时间的概念。在奇点，随着宇宙的诞生，开始发生变化，这就是宇宙的开始。

根据国家地理杂志的一个说法来看，如果你准备挤压的这个物体低于它的史瓦西半径，那它自身的引力就会变得非常强大，以至于大到它可以自己继续挤压自己，直到它成为一个无限小的点。

几十年来，物理学家一直都在争辩，他是否会坍缩成一个无限小的点，或者他是否有可以阻止他完全坍缩的其他力量。

虽然白矮星和中子星可以无限地支撑自己，但任何大于太阳质量六倍的物体，都会有足够的引力去压倒所有其他力，并在最终坍缩成一个无限小的点。美国宇航局说，这才是一个真正的奇点。

其他奇点？

我们称之为黑洞的是一个裸奇点，一个密度无限的点，被施瓦西半径内的事件视界所包围。

物理学家长期以来一直认为，在广义相对论中，所有这些奇点都被事件视界所包围。这个概念被称为宇宙审查假说。

根据Quanta杂志来看，事件视界“保护”奇点不受外部观察者的影响，除非他们越过事件视界。所以计算机模拟和理论工作提出了裸奇点的可能性。

之所以给它命名，是因为一些人推测宇宙中的某些过程会阻止（或“审查”）奇点的出现。

裸奇点是一个没有事件视界的奇点，他可以从外部宇宙观察到的，但这个暴露的奇点是否存在，现在仍是一个有争议的话题。

因为它们是数学奇点，所以没有人知道黑洞的中心是什么。要想理解它，我们还需要一个超越广义相对论的引力理论。

具体来说，我们需要一个量子引力理论去理解他。根据宇宙物理学来看，量子引力理论可以在很小的尺度上描述强引力的行为。

不然在我们处理小于普朗克长度或时间的物体时，包括广义相对论在内的已知物理定律似乎真的失败了。

意思是，在这样的尺度上，一个合理的假设是，在量子过程的影响下，坍缩到奇点的物质可能会“反弹”并向外扩展到另一组维度。有些人认为，大爆炸的“奇点”实际上就是这样一种反弹。

量子引力理论

修改或替代广义相对论，以替代包括普朗克星、引力星和暗能量星在内的黑洞奇点假设，但这些想法都是假设，真正的答案必须等待量子引力理论。

加州理工学院的理论物理学教授，把量子奇点定义为引力将空间和时间彼此分开的地方，从而破坏了时间的概念和空间的确定性。

剩下的是一个任何东西都可能从中出现的‘量子泡沫’。奇点，尤其是那些与旋转黑洞和裸奇点相关的奇点，甚至可能允许时间旅行。

假设广义相对论的大爆炸理论是宇宙历史的现代宇宙学模型，因此它也包含一个奇点。

根据大爆炸理论，大约在137.7亿年前，整个宇宙被压缩成了一个无限小的点。虽然物理学家知道这个结论是错误的，但是大爆炸理论从那一刻起，在描述宇宙历史方面就像黑洞一样取得了巨大的成功。

大爆炸奇点的存在告诉科学家，广义相对论是不完整的，还需要更新。还有一种可能解决方案是因果集理论。

在因果集理论下，时空是由称为“时空原子”的离散块组成的，他不像广义相对论那样是光滑的连续体。

在英国利物浦大学研究这一课题的物理学家、物理学家布鲁诺·本托告诉LiveScience，没有什么会比这些“原子”中的其中一个更小了，所以奇点是不可能的。

在这些初始时刻之后，“在远处的某个地方，宇宙变得足够大并且‘表现良好’，以至于连续时空近似成为一个很好的描述，广义相对论也可以接管我们所看到的事物。”。

虽然大爆炸奇点问题没有普遍接受的解决方案，但物理学家们希望他们能尽快找到解决方案，并且他们喜欢自己的工作。

正如本托所说，“我一直对宇宙着迷，现实中有很多东西，大多数人将它与科幻小说甚至幻想联系起来。”