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

Question

如题所述

Answer 1

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。”

Answer 2

就在牛顿那个时代，物质之间存在引力被最终确定，于是有了质量。事实上，黑洞的存在是牛顿在发表《自然科学的数学原理》不久后提出的。 直到1915年爱因斯坦发表了他的广义相对论，黑洞理论才真正得到大发展。卡尔·施瓦茨希尔德在1916年对这一现象进行了第一次真正的研究，他导出了黑洞施瓦茨希尔德半径的方程(Rs = GM / c^2，其中Rs是施瓦茨希尔德半径，g是牛顿的引力常数，m是黑洞的质量，c是光速)。 形成黑洞的物质在其自身的引力场下崩溃，就像一颗大恒星死亡时的情况。如果所讨论的物质足够大，那么它的引力将会非常大，所以它会克服所有其他试图抵抗坍塌的力量，于是该物质会继续收缩，直到它变成一个点，称为奇点。这一点将无限小，并且具有无限的密度。对时空也有着巨大的影响，奇点将扭曲光线使得光不能从黑洞中逃逸，黑洞的黑由此而来。在奇点中，已知的物理定律完全不奏效了，这就是为什么花了这么多时间和精力来研究宇宙的这些奇怪特征。 施瓦茨希尔德半径描述了黑洞的一个称为事件视界的特性。这是光能否从黑洞引力场中逃离的临界点。虽然黑洞内的奇点无限小，但黑洞看起来就像它的视界一样大，而且对所有人来说都是如此。 当物质落入事件视界时，它就与其它的空间和时间部分隔离开来，并且实际上已经从我们这个宇宙中消失了。一旦进入黑洞，物质将被撕裂成最小的亚原子成分，这些成分将被拉伸和挤压，直到它们成为奇点的一部分，并相应地增加黑洞的半径。 有趣的是，霍金证明了黑洞内部的物质并没有完全与宇宙的其他部分隔离开来，如果给定足够长的时间，黑洞会通过放射出它们所包含的物质的能量而逐渐溶解。 相关知识 黑洞是根据广义相对论所推论、在宇宙空间中存在的一种质量相当大的天体和星体（并非是一般认知的“洞”概念）。黑洞是由质量足够大的恒星在核聚变反应的燃料耗尽后，发生引力坍缩而形成。黑洞的质量是如此之大，它产生的引力场是如此之强，以致于大量可测物质和辐射都无法逃逸，就连传播速度极快的光子也逃逸不出来。由于类似热力学上完全不反射光线的黑体，故名黑洞。 在黑洞的周围，是一个无法侦测的事件视界，标志着无法返回的临界点，而在黑洞中心有一个密度趋近于无限的奇点。 当恒星内部氢元素全部核聚变完毕时，因燃料用完无法抵抗自身重力而开始向内塌陷，但随着压力越来越高，内部的重元素会重新开始燃烧导致瞬间膨胀，这时恒星的体积将暴增至原先的数十倍至百倍，这便是红巨星，质量更大的恒星则会发生超新星爆炸，无论是红巨星或是超新星，都会将外部物质全部吹飞，直到连重元素也烧完时，重力又会使得恒星继续向内塌陷，最后形成一颗与月球差不多大小的白矮星，质量稍大的恒星则会形成中子星，会放出规律的电磁波，至于质量更大的恒星则会继续塌陷，强大的重力使周围的空间产生扭曲，最后形成“黑洞”。直至当前为止，所发现质量最小的黑洞大约有3.8倍太阳质量。 1.WJ百科全书 2.天文学名词 3. physlink- Daniel Febrer 转载还请取得授权，并注意保持完整性和注明出处

Answer 3

如今我们知道，黑洞也是一种天体，非常恐怖的天体，能吞噬一切靠近的物体，包括恒星，行星。虽然广义相对论预测了黑洞的存在，但相对论无法描述黑洞内部的运行规律，因为黑洞不能用已知的任何物理定律来诠释。

简单说，黑洞的内部究竟是什么样的存在，我们一无所知。科学家只能根据现有的大自然法则去猜测，想象。

说黑洞是宇宙中最神秘的天体，估计没有谁会反对。黑洞的引力巨大，甚至连光都无法逃脱它的魔掌，黑洞可以吞噬任何靠近的物质，包括大型天体，甚至整个星系都会被黑洞吞噬。

严格来讲，人类从来没有真正看到过黑洞，当然也更不可能亲自发射探测器到黑洞内部进行探测。但科学家确实知道黑洞真实存在，而且也的确发现了很多黑洞，当然都是间接的发现，利用黑洞对周围时空和周围物质的影响互动发现黑洞的存在。

比如说下面这张图，就可以作为黑洞存在的证据，图片中的影像真实记录了黑洞吞噬恒星的场景。当然即便是恐怖的黑洞，在吞噬恒星的时候也不是一下子就能吞噬掉的，就像一个人吃饭时也需要一口一口吃，黑洞吞噬恒星的时间非常漫长，常常需要上百万年的时间。

还有，科学家可以通过观察恒星的异常运行情况来判断黑洞的存在。比如说，天文学家对银河系中心周围的很多恒星进行了长时间的观测，发现它们运行速度非常快，而且都围绕着中心运行，很明显，银河系中心存在着某种引力巨大的天体，根据进一步计算得知黑洞的存在。再打个比方，就算我们看不见太阳，但根据八大行星的运行轨道情况，仍旧可以推断出太阳所在的位置存在着某种质量很大的天体。

黑洞，是宇宙中一切的终结者，不单单是物质的终结者，也是时空，能量和引力的终点。恐怖，是我们对黑洞的第一感受。但其实很多人对黑洞有很大的误解，黑洞在星系形成的过程中扮演着非常重要的角色，它塑造了星系，就像太阳塑造了太阳系一样，科学家发现每个星系中心都有一颗超大质量黑洞，凭借它超强的掌控力塑造了星系稳定运行的秩序。

由于黑洞引力巨大，所以即便是光也难逃黑洞强大引力，这也是为什么黑洞“漆黑一片”的原因所在，一旦越过黑洞的事件视界，你就有去无回，葬身黑洞。

千万不要以为黑洞距离地球很远，事实上黑洞并不是遥不可及，甚至就在地球附近游荡。比如在我们的银河系，就有很多流浪黑洞，它们大小不一，漫无目的地游荡在浩瀚太空。

如果太阳系附近有黑洞出现，后果不堪设想，届时很有可能把有序运行的太阳系完全摧毁，把八大行星从各自轨道上拉开，然后行星开始相互碰撞，灾难降临，太阳系会变得一片狼藉。

如果黑洞靠近地球，黑洞巨大的引力会拉拽小行星轨道上的大量小行星，然后砸向地球，使地球成为“靶子”，炼狱般的存在，地球真正的末日也到来了。黑洞会吞噬地球大气层，然后是整个地球。

黑洞如此诡异，以至于有些科学家认为，黑洞有可能是通往另一个宇宙（平行宇宙）的通道。

黑洞是一类天体，并非“一个洞”，但这并不妨碍黑洞可以成为通往另一个世界的通道。黑洞巨大的引力和质量可以轻松把周围时空拉伸到极致，创造一个无限深度的“引力井”，整个引力井甚至可以撕裂时空结构，在时空结构上创造出一个“洞”，通往另一个时空，另一个宇宙，所谓的“平行宇宙”。

这种观点虽然目前还无法得到证实，但也有一定道理。有科学家甚至提出了黑洞-虫洞-白洞的宇宙结构，认为黑洞，虫洞和白洞是有机结合在一起的结构，黑洞吞噬一切靠近的物体，被吞噬的物体穿越虫洞然后通过白洞“吐”出来。

黑洞“只吃不吐”，而白洞“只吐不吃”。甚至有更让人震惊的观点：我们的宇宙都是通过白洞“吐”出来的。

当然，虫洞和白洞的概念目前更多的仍旧停留在科幻阶段，还需要更多的有力证据来证明它们的真实性。

不可否认的一点是，黑洞确实非常诡异，它如此诡异以至于黑洞本身很可能藏着不为人知的很多宇宙终极奥秘。有科学家认为一旦揭开黑洞的神秘面纱，人类就可以更进一步靠近宇宙终极奥秘。目前人类已知的所有物理定律在黑洞面前都会失效，需要更高一级的物理定律才能诠释黑洞内部的存在方式。

还有更神秘的奇点，黑洞的中心无限小，密度无限大的奇点，与宇宙大爆炸的“奇点”颇有几分相似之处，或许两者真的有某种“致命”的关联。

对于目前的人类 科技 水平来说，无论如何我们都不可能探测到黑洞内部到底是是一个什么样的存在方式，因为任何东西一旦被黑洞吞噬都再也出不来了，包括信息本身。即便有一个黑洞就在你面前，你也无法知道它的内部到底是什么样的。

无论如何，科学家对黑洞和宇宙的 探索 不会停止，终将有一天人类会凭借超高智慧一步步揭开黑洞的神秘面纱！

Answer 4

黑洞拥有非常强的引力作用，在黑洞的中心质量很强大，黑洞中心是一个类似无底洞的空间。它根本就是不可能到达的地方。