奇点,是广义相对论解释宇宙起源时预言了宇宙中存在的“原始”点。这个假设认为,宇宙由奇点大爆炸产生,大爆炸之前宇宙虚无,没有时空和物质,只有一个体积无穷小、曲率无穷大、密度与热量无限高的奇点。大爆炸前既无时间,也无空间。而一旦涉及奇点,意味着时空本身无法定义,一切科学定律均失效。
在物理上,宇宙“从无到有”的那个奇点,既存在又不能描述。它作为宇宙第一推动力之初的势能,而能量是无形的东西,那么奇点也是无形的。大爆炸使得能量不断转变为粒子(物质),经过亿万年形成了我们的宇宙,即物质与能量的共同体。Schuwarzschild 解中,r趋向于零,则是真正的物理奇点。在数学上,奇点是一个没有体积的不可思议的存在,竟然有无限大能级,也颠覆了人们的常规认知。
那么,奇点是怎样被研究者假设出来的呢?
研究人员从宇宙微波背景辐射和哈勃红移多普勒效应的各向同性及均匀性的计算模拟出发,得出大爆炸后星系都在相互远离而去,直至今日仍在继续膨胀。
如果把时间和空间不断逆向上溯,总会有足够早的某个时刻,所有星系将会收缩集中到某个点上的情况。这个点就是奇点,位于被称作原始黑洞的时空区域内。这是必然出现的结果,也是20世纪中物理学得到的一个最令人吃惊的成就。
史蒂芬·霍金还曾在论文中用数学方法证明,如果爱因斯坦方程是正确的,则宇宙演化以时间上溯必然最终导致奇点,因此奇点在宇宙形成时就存在了。
迄今为止所有的观测证据都支持爱因斯坦方程的正确性,所以宇宙只能诞生于一次奇点大爆炸,这也是爱因斯坦方程可能导致的惟一结果。
大爆炸之前的奇点又是怎样的呢?
广义相对论框架内,空间、时间一定存在奇点,奇点可以看成空间和时间的起始边界。霍金的《时间简史》指出:即使时间不是从大爆炸开始,在大爆炸之前还有存在另一个时间框架的话,但今天我们已无法找到任何大爆炸之前的信息。这意味着无论大爆炸之前曾发生过些什么,都对我们的宇宙毫无影响。那么问大爆炸之前奇点的来源,就只有哲学上的意义,没有科学上的意义。大爆炸之前的时空应当被视作不存在。
一些研究者猜想,或许,宇宙有一个开端和一个终点,它们都是奇点,并构成时空边界。即一种循环式的宇宙演化,大爆炸—膨胀—收缩—大爆炸,无限循环,奇点亦然。
但是,如果前一次宇宙的任何信息不能影响下一次宇宙,那么前一次宇宙是否真的存在,就毫无意义了。再去追问大爆炸之奇点此前从哪里来,则属于形而上学的问题,同样不再是科学的问题,因为已经没有了此前。
当然,循环式宇宙的猜想无任何科学依据。不过,有学者认为,现在的观测让科学家倾向认为,我们的宇宙很可能会永远膨胀下去,不会收缩。我们生逢其时,还能看到其他星系。也许再过数十亿年,如果还有智慧生命诞生于任何星系,可能他们将无法看到任何别的星系,他们一定认为自己星系是惟一的星系,自己就是宇宙中心。