宇宙中存在大量大质量的天体,根据经典物理万有引力定律,大型天体因为万有引力(重力)的作用会趋向于变的越来越小,但是这种倾向是有前提的,前提就是质量要足够大,地球为什么不会坍缩就是因为地球的质量还远远不够。太阳是地球的几百万倍,在太阳重力对内部物质的挤压中,内部物质的原子核被迫发生核聚变,核聚变释放出能量,这些释放出的能量以光和热的形式由太阳内部向太阳外部释放,这是恒星发光发热的原因。恒星在进行核聚变时释放出能量并伴随着爆炸,这些爆炸会让对恒星的物质产生一个向外的力,这个外向的力与恒星自身的重力(内向的力),在一段时间(这是一个几十亿年的过程)内达到平衡,这是类似太阳这种恒星天体能稳定存在的原因。但是这种存在有一个条件,一旦恒星内部的核燃料被消化殆尽,不能再发生核聚变时,恒星就不得不面对只剩下自身重力(坍缩内向的力)的作用,据说到了那一刻,恒星可以瞬间变得很小,成为中子星。为了便于理解,我们举例来说,比如恒星到了那一刻,可以在10-20s的时间内瞬间坍缩成一个碗大左右的天体,但是这个天体的质量却几乎继承了原来90%以上的恒星质量。此时,恒星的组成只有原子核的组成物质:质子和中子。我们知道太阳在宇宙中算是非常小的天体,有些天体的质量可以达到太阳质量的上百万倍和上千万倍,当这种天体恒星发展到中子星之后,他们就不得不面对自身重力对自身的进一步压缩,直到最内部的物质被压缩成一个“点”,这个“点”就是“奇点”。“奇点”一旦形成,就会快速的将周围物质吞噬,黑洞就形成了。据科学家推测,在银河系的最中央就是一个超大型的黑洞,银河系中的恒星系都在他的引力范围内。
黑洞模型此外,英国科学家霍金对广义相对论中的方程进行了逆向推导,证明宇宙的形成是有起始的,这个起始被认为是宇宙的“奇点”。
由此可见,在广义相对论的宇宙学中,“奇点”是不可避免的,不仅大尺度宇宙会出现“奇点”,而且一个质量足够大的恒星的引力塌缩的最终结局也是“奇点”。
一些学者,对于广义相对论中“奇点”的出现,认为这是广义相对论的局限性的一种表现。在“奇点”处,物质密度无限大,压力无限大、时空无限扭曲。这些都是对爱因斯坦的广义相对论方程的一大挑战,为此,爱因斯坦说:“人们不可假定这些方程对于很高的场密度和物质密度仍然是有效的,也不可下结论说”膨胀的起始”就必定意味着数学上的奇点。确实,有一派学者认为,宇宙演化的开端,也许没有“奇点”,例如斯蒂文·温伯格说:“宇宙从来就没有真正达到过无限大密度状态。宇宙现在的膨胀可能开始于从前的一次收缩的末尾,当时宇宙的密度达到了一个非常高的,但仍然是有限的密度。”但是,我们不得不面对这样一个事实,爱因斯坦和温伯格说出上述言论时是上世纪前中期,那时候我们对黑洞的观察手段几乎为0,但是现在越来越多的科学证据正趋向于间接证明“奇点”的存在。
霍金的“宇宙大爆炸”理论认为,“宇宙学的奇点”是宇宙产生之初,也就是爆炸形成宇宙的那个点。这个“点”具有所有物质的势能,而这个势能正是由大爆炸后转化为宇宙物质的质量和能量。“点”,顾名思义,没有体积、没有大小、没有固定形状,这对于我们来说是不可思议的!“奇点”可以很好的解释宇宙诞生等各种现象,但是也为我们带来一个疑问:宇宙的诞生难道是从无到有的?这是一个对我们来说非常难以接受的观点,所以这也是关于“奇点”理论的争论的一大焦点。关于宇宙的诞生有很多理论,至今无一理论能够得到大家一致认可。“奇点”的产生几乎是经典广义相对论下的必然产物,这个无法避免。一些学者自然可以认为这是广义相对论的局限,这确实是广义相对论的局限,但这丝毫不影响广义相对论在条件内宇宙演化的机制。
讲到这,很多人可能会感觉意犹未尽,因为我们没有讲到“奇点”内的世界是怎样的。“奇点”内的世界着实让人着迷,但是对“奇点”内部的直接观察和研究却显得不切实际,因为我们没法直接观察到“奇点”,更别说“奇点”内。但是,这丝毫不影响科学家们的研究,一些学者认为,在“奇点”内,应是一片混沌,这种混沌是因为吸入“奇点”后的物质被转化成了一种类似能量的势能,在“奇点”内,不存在空间、不存在时间、不存在物质,只有一种近似“无”的势能。物质一旦进入“奇点”可以瞬间出现在其他空间里,正如物质由“黑洞”被吸入奇点,然后在“奇点”转化成一种近似“无”的势能,然后在“白洞”处的“奇点”转化成能量和物质。这种“奇点”到“奇点”的模式,不少学者,认为是“时空”旅行的真实写照,也是“平行宇宙”的通道。
讲到“奇点”到“奇点”,也有一派学者并不认为有“奇点”的存在。他们倾向认为宇宙是一个稳态状态,在宇宙的边界,三维加上时间构成四维空间形成一个类似椭圆球状态的结构,物质一旦到达这个椭圆球的边缘因时间这一维而突然间来到另一个时空结构里,类似于咱们的时空隧道的概念,一旦物质到了这个边缘,他们会被瞬间抛撒到另一个空间里继续存在。但是,我个人对这种理论不是特别信服,因为我更倾向的认为,宇宙可能并没有我们传统观念的类似椭圆球这种物体和形状概念,空间的任何一点都可能是宇宙下一个“奇点”。我也倾向的认为,无论是我们往宇宙无限大方向走,还是我们往微观粒子无限小的方向走,“无限大”和“无限小”最终目的地很可能是整个宇宙世界相连通的地方,而这个连通的地方应该是类似“奇点”这种东西。
我们人类生下来就会被问一问,我们来自什么地方,我们将要去什么地方。宇宙奥秘这种东西,目前对我们来说确实很遥远,但是这并不会妨碍我们去探索,并在探索的过程中发现真理和乐趣。如果你和我一样,对这些问题比较感兴趣,请订阅我的头条号,我们一起探讨,我们一起发现,我们一起成长!
作者:蚊子与茶杯
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