奇點:時間、空間和物質的邊緣地帶!
宇宙中存在大量大質量的天體,根據經典物理萬有引力定律,大型天體因為萬有引力(重力)的作用會趨向於變的越來越小,但是這種傾向是有前提的,前提就是質量要足夠大,地球為什麼不會坍縮就是因為地球的質量還遠遠不夠。太陽是地球的幾百萬倍,在太陽重力對內部物質的擠壓中,內部物質的原子核被迫發生核聚變,核聚變釋放出能量,這些釋放出的能量以光和熱的形式由太陽內部向太陽外部釋放,這是恆星發光發熱的原因。恆星在進行核聚變時釋放出能量並伴隨著爆炸,這些爆炸會讓對恆星的物質產生一個向外的力,這個外向的力與恆星自身的重力(內向的力),在一段時間(這是一個幾十億年的過程)內達到平衡,這是類似太陽這種恆星天體能穩定存在的原因。但是這種存在有一個條件,一旦恆星內部的核燃料被消化殆盡,不能再發生核聚變時,恆星就不得不面對只剩下自身重力(坍縮內向的力)的作用,據說到了那一刻,恆星可以瞬間變得很小,成為中子星。為了便於理解,我們舉例來說,比如恆星到了那一刻,可以在10
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s的時間內瞬間坍縮成一個碗大左右的天體,但是這個天體的質量卻幾乎繼承了原來90%以上的恆星質量。此時,恆星的組成只有原子核的組成物質:質子和中子。我們知道太陽在宇宙中算是非常小的天體,有些天體的質量可以達到太陽質量的上百萬倍和上千萬倍,當這種天體恆星發展到中子星之後,他們就不得不面對自身重力對自身的進一步壓縮,直到最內部的物質被壓縮成一個「點」,這個「點」就是「奇點」。「奇點」一旦形成,就會快速的將周圍物質吞噬,黑洞就形成了。據科學家推測,在銀河系的最中央就是一個超大型的黑洞,銀河系中的恆星系都在他的引力範圍內。
此外,英國科學家霍金對廣義相對論中的方程進行了逆向推導,證明宇宙的形成是有起始的,這個起始被認為是宇宙的「奇點」。
由此可見,在廣義相對論的宇宙學中,「奇點」是不可避免的,不僅大尺度宇宙會出現「奇點」,而且一個質量足夠大的恆星的引力塌縮的最終結局也是「奇點」。
一些學者,對於廣義相對論中「奇點」的出現,認為這是廣義相對論的局限性的一種表現。在「奇點」處,物質密度無限大,壓力無限大、時空無限扭曲。這些都是對愛因斯坦的廣義相對論方程的一大挑戰,為此,愛因斯坦說:「人們不可假定這些方程對於很高的場密度和物質密度仍然是有效的,也不可下結論說」膨脹的起始」就必定意味著數學上的奇點。確實,有一派學者認為,宇宙演化的開端,也許沒有「奇點」,例如斯蒂文·溫伯格說:「宇宙從來就沒有真正達到過無限大密度狀態。宇宙現在的膨脹可能開始於從前的一次收縮的末尾,當時宇宙的密度達到了一個非常高的,但仍然是有限的密度。」但是,我們不得不面對這樣一個事實,愛因斯坦和溫伯格說出上述言論時是上世紀前中期,那時候我們對黑洞的觀察手段幾乎為0,但是現在越來越多的科學證據正趨向於間接證明「奇點」的存在。
霍金的「宇宙大爆炸」理論認為,「宇宙學的奇點」是宇宙產生之初,也就是爆炸形成宇宙的那個點。這個「點」具有所有物質的勢能,而這個勢能正是由大爆炸後轉化為宇宙物質的質量和能量。「點」,顧名思義,沒有體積、沒有大小、沒有固定形狀,這對於我們來說是不可思議的!「奇點」可以很好的解釋宇宙誕生等各種現象,但是也為我們帶來一個疑問:宇宙的誕生難道是從無到有的?這是一個對我們來說非常難以接受的觀點,所以這也是關於「奇點」理論的爭論的一大焦點。關於宇宙的誕生有很多理論,至今無一理論能夠得到大家一致認可。「奇點」的產生幾乎是經典廣義相對論下的必然產物,這個無法避免。一些學者自然可以認為這是廣義相對論的局限,這確實是廣義相對論的局限,但這絲毫不影響廣義相對論在條件內宇宙演化的機制。
講到這,很多人可能會感覺意猶未盡,因為我們沒有講到「奇點」內的世界是怎樣的。「奇點」內的世界著實讓人著迷,但是對「奇點」內部的直接觀察和研究卻顯得不切實際,因為我們沒法直接觀察到「奇點」,更別說「奇點」內。但是,這絲毫不影響科學家們的研究,一些學者認為,在「奇點」內,應是一片混沌,這種混沌是因為吸入「奇點」後的物質被轉化成了一種類似能量的勢能,在「奇點」內,不存在空間、不存在時間、不存在物質,只有一種近似「無」的勢能。物質一旦進入「奇點」可以瞬間出現在其他空間里,正如物質由「黑洞」被吸入奇點,然後在「奇點」轉化成一種近似「無」的勢能,然後在「白洞」處的「奇點」轉化成能量和物質。這種「奇點」到「奇點」的模式,不少學者,認為是「時空」旅行的真實寫照,也是「平行宇宙」的通道。
講到「奇點」到「奇點」,也有一派學者並不認為有「奇點」的存在。他們傾向認為宇宙是一個穩態狀態,在宇宙的邊界,三維加上時間構成四維空間形成一個類似橢圓球狀態的結構,物質一旦到達這個橢圓球的邊緣因時間這一維而突然間來到另一個時空結構里,類似於咱們的時空隧道的概念,一旦物質到了這個邊緣,他們會被瞬間拋撒到另一個空間里繼續存在。但是,我個人對這種理論不是特別信服,因為我更傾向的認為,宇宙可能並沒有我們傳統觀念的類似橢圓球這種物體和形狀概念,空間的任何一點都可能是宇宙下一個「奇點」。我也傾向的認為,無論是我們往宇宙無限大方向走,還是我們往微觀粒子無限小的方向走,「無限大」和「無限小」最終目的地很可能是整個宇宙世界相連通的地方,而這個連通的地方應該是類似「奇點」這種東西。
我們人類生下來就會被問一問,我們來自什麼地方,我們將要去什麼地方。宇宙奧秘這種東西,目前對我們來說確實很遙遠,但是這並不會妨礙我們去探索,並在探索的過程中發現真理和樂趣。如果你和我一樣,對這些問題比較感興趣,請訂閱我的頭條號,我們一起探討,我們一起發現,我們一起成長!
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