奇点

奇点（物理学、宇宙学中的概念）

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在经典广义相对论的框架里，霍金和彭罗斯证明了在很一般的条件下，空间－时间一定存在奇点，最著名的奇点即是黑洞里的奇点以及宇宙大爆炸处的奇点。在奇点处，所有定律以及可预见性都失效。奇点可以看成空间时间的边缘或边界。只有给定了奇点处的边界条件，才能由爱因斯坦方程得到宇宙的演化。

目录

1简介

2定义

3奇点

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4定义方法

5主要分析

▪理论依据

▪宇宙演化

6几何学奇点

发音应为"qí"）

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不相合的。

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比如

Schwarzschild 解中的r=2m - 可以通过坐标变换予以消

除，因而不代表物理上的奇点；而有的奇异性- 比如Schwarzschild 解中的r=0 - 则是真正的物理奇点。很明显，在奇点研究中，真正的物理奇点才是感兴趣的对象。奇点显然就是那些时空结构具有某种病态性质(pathological behavior) 的时空点。但稍加推敲，就会发现这种说法存在许多问题。首先，“病态性质”是一个很含糊的概念，究竟什么样的性质是病态性质呢？显然需要予以精确化。其次，广义相对论与其它物理理论有一个很大的差异，那就是其它物理理论都预先假定了一个背景时空的存在，因此，那些理论如果出现

奇点

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事实仍然是无法否认的，因此关键还在于寻找一个合

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物质和能量包裹起来，就形成了黑洞。由此又出现了一个新的问题，假定这种定义方式是能够最好的描述现实情况的理论模型之一（不能说是“正确”），那么对于一个观测者来说，他所能观测到的从裸露奇点所发出的奇点能量辐射很可能和理论值有一定量的出入。因为基于奇点可能连通另一个时空的假设，另一个时空的能量或辐射完全可以通过这一点进入时空中来。假如说这一效应被观测到，就可以获得诺贝尔奖。但很可惜，在大多数情况下，这些辐射会极为微弱（因为假设的黑洞辐射也无法被观测到，黑洞辐射比这还要强一些），在接近3K的宇宙背景辐射中几乎是无法被测得的。但是在接下来的所讨论的特例，很可能可以粗略的测到这一现象。

以上的讨论实际上都假定了奇点所连通的另一个时空的能量级别低于时空，讨论其他的情况。由于这里量子效应比较显著，所以容易证明不可能在观测中表现出两个时空的能量级别相同的情况。当另外一个时空的能量级别高于时空时，那个时空的能量会进入时空，这可以被理解为白洞。可以得出推论，大多数白洞不会辐射物质。可以很容易的发现，在这种理论框架下，许多在实际观测中的异常情况可以较为容易的解释，如暗物质。而要对这个假说进行“证明”或证伪，要通过实际的观测，才能确定它是否是能够最好描述当前情况的理论模型。

5主要分析编辑

把“几何学奇点”、“物理学奇点”应用于宇宙大爆炸理论，即是宇宙

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原子核之中的中子和质子是可以交换电子而结合在一起的，质子在得到了一个电子之后就变成了中子，而中子在失去了一个电子之后就变成了质子。1932年，卢瑟福的学生查里威用a粒子去轰击铍的原子核时候发现了一种不带电的粒子，这就是中子。中国科学家在上个世纪的70年代通过实验后指出，所谓的a粒子就是核子小集团，它们由2个中子+2个质子所组成。而在2007年1月，中国科学院院士葛昌纯在研究可控式核聚变的材料时指出：氘和氚核聚变产生大量的中子和a粒子，以及电磁辐射等。由于实验室的实验结果同天文物理科学家们对于太阳辐射性质的观测和实验结果是完全一致的，所以，可以非常肯定地认为太阳能量的来源是核聚变）。

宇宙演化

从奇点到奇点

宇宙的浩瀚，无法用语言描述，而《时间简史：从大爆炸到黑洞》又为它增添了一层又一层的神秘，当然也为霍金追求终极真理的顽强灵魂深深折服。他的人格魅力，就如黑色宇宙中的蓝巨星一样散发出活力与智慧的光芒。

早在祖先伏羲就开始对了宇宙的研究，直到1905年西方的爱因斯坦创发表了广义相对论。宇宙的对科学家的诱惑从未间歇过。

追溯到过去，估计在141亿年左右，“四大皆空”都“无”，发生了一

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桩开天辟地的大事，一个体积极小、温度极高、密度极大的奇点爆炸了，而这个小小的奇点使宇宙诞生了。

在经典广义相对论的框架里，证明在很一般的条件下，空间——时间一定存在奇点，奇点可以看成空间时间的边缘或边界。只有给定了奇点处的边界条件，才能由爱因斯坦方程得到宇宙的演化，但是宇宙的边界只有造物主知道，许多科学家曾为之废寝忘食。霍金为解释了这个问题，他认为宇宙的量子态是处于一种基态，空间——时间可看成有限无界的四维面，正如地球的表面一样，只不过多了两个维数而已。宇宙中的所有结构都可归结于量子力学的测不准原理所允许的最小起伏。从一些简单的模型计算可得出和天文观测相一致的推论，如星系、恒星等等的成团结构，大尺度的各向同性和均匀性，空间——时间的平性，即空间——时间基本上是平坦的，并因此才使得星系乃至生命的发展成为可能，还有时间的方向箭头等等。霍金的量子宇宙论使对宇宙有了系统的研究。

在这之前，科学家都一致认为，在引力吸引下，宇宙必须在膨胀或者在收缩。按照广义相对论，宇宙在过去某一时刻必须有一无限密度的状态，亦即大爆炸，这是时间的有效起始。类似地，如果整个宇宙坍缩，在将来必有另一个无限密度的状态，即大挤压，这是时间的终点。即使整个宇宙不坍缩，在任何坍缩形成黑洞的局部区域里都会有奇点。这些奇点正是任何落进黑洞的人的时间终点。在大爆炸或其他奇点，所有定律都失效，这个问题仍未得到解决。当将量子力学和广义相对论相结合，似乎产生了以前从未有过的

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新的可能性：空间和时间一起可以形成一个有限的、四维的没有奇点或边界的空间，这正如地球的表面，但有更多的维数。看来这种思想能够解释观察到的宇宙的许多特征，诸如它的大尺度一致性，还有像星系、恒星甚至人类等等小尺度的对此均匀性的偏离。它甚至可以说明观察到的时间的箭头。但是如果宇宙是完全自足的、没有奇点或边界、并且由统一理论所完全描述，那么就又怎么去统一宇宙间的数据呢？

科学变得对哲学家，或除了少数专家以外的任何人而言，过于技术性和数学化了，哲学家如此地缩小他们的质疑的范围，以至于维特根斯坦说道：“哲学仅余下的任务是语言分析。”这是从亚里士多德到康德以来哲学的伟大传统的何等的堕落！

然而，确实发现了一套完整的理论，它应该在一般的原理上及时让所有人（而不仅仅是少数科学家）所理解。那时，所有人，包括哲学家、科学家以及普普通通的人，都能参加为何宇宙存在的问题的讨论。一个人的努力却总不能敌过无数人的一个偶然的成功。如果对此找到了答案，则将是人类理智的最终极的胜利。

霍金认为他一生的贡献是，在经典物理的框架里，证明了黑洞和大爆炸奇点的不可避免性，黑洞越变越大；但在量子物理的框架里，他指出，黑洞因辐射而越变越小，大爆炸的奇点不但被量子效应所抹平，而且整个宇宙正是起始于此。但这些都对普通人并不那么的重要，能够看懂了科学家的理论，尽管不能尽懂，那也许是霍金对无数普通人带来的真正意义。

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