奇点是什么意思奇点的意思


奇点是什么意思奇点的意思


在宇宙中的某些地方,我们的物理定律会崩溃 。
要理解奇点是什么,想象一下重力将你压缩成一个无限小的点,这样你就不会占据任何体积 。这听起来不可能……而且确实如此 。这些“奇点”在黑洞中心和大爆炸开始时被发现 。
这些奇点并不代表物理上的东西 。相反,当它们出现在数学中时,它们告诉我们,我们的物理学理论正在崩溃,我们需要用更好的解释来代替它们 。
奇点可以发生在任何地方,它们在物理学家用来理解宇宙的数学中出奇地普遍 。简而言之,奇点是数学“行为不端”的地方,通常是生成无限大的值 。
物理学中有很多数学奇点的例子:比如当 X 变为零时,1/X 的值就会变为无穷大 。
然而,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来解决,或者指出在物理上不可能到达奇点 。换句话说,它们可能不是“真实的” 。
但是物理学中存在不能简单分辨的奇点 。最著名的是引力奇点,即出现在爱因斯坦广义相对论(GR) 中的无穷大 。
在广义相对论中,奇点有两种:坐标奇点和真奇点 。当无穷大出现在一个坐标系中(记录时间和空间分离的特定选择)但在另一个坐标系中消失时,就会发生坐标奇点 。
例如,物理学家卡尔·史瓦西 (Karl Schwarzschild) 将广义相对论应用于简单的球形质量系统,例如恒星 。他发现解包含两个奇点,一个在正中心,一个在离中心一定距离处,今天称为史瓦西半径 。
多年来,物理学家认为这两个奇点都预示着理论的崩溃,但只要球体的半径大于施瓦西半径就无所谓了 。物理学家所需要的只是让 GR 预测质量之外的引力影响 。
但是如果一个物体被挤压到它自己的史瓦西半径以下会发生什么?然后那个奇点将在客体之外,这意味着 GR 在一个它不应该的区域崩溃 。
人们很快发现,史瓦西半径处的奇点是坐标奇点 。坐标系的变化消除了奇点,保存了 GR 并使其仍然能够做出有效的预测 。

奇点是什么意思奇点的意思


但是球体中心的奇点仍然存在 。如果你挤压一个物体使其小于其史瓦西半径,那么它自身的引力就会变得如此强烈,以至于它会继续自己挤压,一直挤压到一个无限小的点 。
几十年来,物理学家一直在争论是否有可能坍缩到一个无限小的点,或者是否有其他力能够阻止完全坍缩 。
虽然白矮星和中子星可以无限期地支撑自己,但任何大于太阳质量六倍的物体都会有过量的引力,压倒所有其他力并坍缩成一个无限小的点.
这些就是我们所说的黑洞:一个密度无限的点,被位于史瓦西半径的事件视界包围 。事件视界“保护”了奇点,防止外部观察者看到它,除非他们穿过事件视界 。
物理学家长期以来一直认为,在 GR 中,所有像这样的奇点都被事件视界包围,这个概念被称为宇宙监督假说——之所以这么命名是因为有人推测宇宙中的某些过程阻止(或“监察”)奇点被可见 。然而,计算机模拟和理论工作提出了“裸”奇点的可能性 。
裸奇点就是这样:一个没有事件视界的奇点,完全可以从外部宇宙观察到 。这种暴露的奇点是否存在仍然是一个颇有争议的话题 。
因为它们是数学奇点,没有人知道黑洞的中心到底是什么 。为了理解它,我们需要一个超越 GR 的引力理论 。具体来说,我们需要一种量子引力理论,可以在非常小的尺度上描述强引力的行为 。

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