什么是裸奇点？什么是奇点？两者有什么联系吗？

大青海网 2024-12-01 14:16:08

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再说裸奇点的概念之前，首先要说一下奇点是什么。事情要从1915年说起，这一年的11月25日，爱因斯坦向普鲁士科学院提交了一个总结性的论文，名为《引力场方程》，这个论文正式宣布了广义相对论的诞生。照例先放出大神照片在此前的几个月，爱因斯坦一直在完善他的广义相对论，通过对水星轨道进动问题的计算，来完善他的引力场方程。也就是说，当他的引力场方程和观测到的水星进动值达到完美契合的那一刻，他得到了正确的广义相对论场方程。这时候，德国天文学家卡尔.史瓦西出场了。通过对广义相对论时空关系的理解，史瓦西认为把一个星球的中心作为坐标系原点，更有利于理解广义相对论。这个思维实验得出的结果让人大吃一惊,假如太阳这个质量的恒星，被压缩成一个非常小的点的情况下，按照广义相对论，在这个原点周围，会有一个区域由于时空弯曲，使得光线也无法从这个区域逃逸出来。这个区域被称为史瓦西球体，这个球体的半径被称为史瓦西半径。史瓦希，也是大牛，可惜死在一战战场上而这个原点，就被称为奇点，在这个点，时空成为一个无底洞，光和物质只能进入，却永远无法流出。这是一个不可逆之点，光和物质被压缩成为一个体积为零，质量无穷大，密度无穷大的奇点，这个点让当时的所有物理定律都崩溃了，因为无限这个状态参数的引入。假如太阳被压缩成这样一个奇点的话（根据后续天文学家的研究，太阳这个直径的恒星不会形成黑洞奇点，这里只是理论推导），这个奇点的史瓦西半径小于6公里，而目前太阳的直径为140万公里，当然即使如此地球轨道也不会改变，因为地球距离太远形成的奇点距离太远，所受到的引力不会改变。只有距离奇点极近的地方才会有引力剧增的现象。奇点的概念虽然由史瓦西提出，但是爱因斯坦和史瓦西并不认为这个点会在现实世界存在，他们都把奇点看成是一种对广义相对论场方程的特定条件下的解。通过奇点的概念，可以看出来广义相对论还有不完善的地方，这种思维实验只是为了暴露广义相对论的局限性，使得人们可以更好的完善广义相对论。但是自然界的诡异，超出了所有人的想象力。在爱因斯坦提出广义相对论的同时，天文学对宇宙的观测也在前进。天文学家观测到了天狼星有一个伴星，但是天狼星的伴星有一个诡异的地方，非常黯淡。通过对天狼星轨迹的观测，可以得知这个伴星的引力影响了天狼星，使得天狼星产生了晃动，这就能够大致推测出伴星的质量。一开始伴星的微弱亮度被理解成这个恒星走到了寿命末端，在冷却。但是光谱探测却发现这颗恒星温度非常高。这就很说不通了，这是一个质量与太阳差不多的恒星，表面温度要比太阳还高，可是亮度却只有太阳的四百分之一。答案呼之欲出，原因只能是它的体积极小，密度比太阳高25000倍。哈勃太空望远镜拍下的天狼星，左下角就是天狼星的伴星，是一颗白矮星白矮星被发现了。这种恒星的巨大密度是怎么保持的，只能由量子力学来解释。按照量子力学，白矮星稳定的原因是原子内部极高密度和快速移动电子产生的巨大斥力，也就是简并压，抵抗住了万有引力。白矮星使得天文学家意识到，恒星可以演化到如此地步，在万有引力下，原子可以压缩到这种极致状态。1932年，物理学家发现了中子，美国的奥本海默（原**之父）和他的研究生沃尔科夫1939年一起发表了一篇论文，在广义相对论架构下，实质性的提出了中子星的形成路径，虽然他们在论文里面用的词是“中子星核”。奥本海默与爱因斯坦其后奥本海默和他的另一个研究生斯奈德经过继续研究，认为中子星的质量超过了某个质量极限后，中子的简并压就不能对抗万有引力，恒星将坍缩成一个奇点，这也是实质性的提出了黑洞的概念，论文在1939年发表，并没有引起什么影响，因为二战爆发了，大家都去关注战争了，奥本海默也把精力放到了原**的研究上面。直到1963年，新西兰数学物理学家罗伊.克尔提出了所谓的“克尔度规”，也就是描述旋转的物体周围时空。当把他的方法用来描述史瓦希奇点——也就是黑洞周围的时空的时候，就可以解释黑洞为什么会释放出巨大的能量，当黑洞周围的物质落入黑洞的时候，由于黑洞的高速旋转，会有一部分物质和光在落入视界之前会由于黑洞的旋转而逃逸，从黑洞南北两极沿着磁力线逃逸出去。这就解释了当时观测到的“类星体”现象。哈勃太空望远镜拍到的类星体3c273，由于照片过曝，类星体看起来很大，其实类星体本身非常小，不过过曝让我们看到了类星体旁边有一条诡异的喷流。也就是说，类星体是一种距离太阳系极远，体积很小，但是能量辐射极高的天体，它的能量辐射极高，不可能来自类似于太阳的核聚变，只能是来自黑洞吸收周围星际物质时候释放出来的巨量能量。好吧，扯回来，说裸奇点。既然黑洞是由于大质量恒星在生命尽头时候的坍缩变成的。每个黑洞中心都有一个奇点，这里密度无穷大，引力无穷大。黑洞由两部分组成，核心是奇点，黑洞周边有一个区域，区域内任何东西包括光一旦落入这个区域就无法逃出，这个区域的边界被称为视界。视界的区域就是在上面说的史瓦希半径内。假如有一个黑洞没有视界，只有奇点呢？这就是所谓的裸奇点。如果裸奇点存在，那绝对是妙不可言，没有视界的阻挡，物理学家可以直接看到奇点，这样就能直接观测奇点的物理特性。奇点密度无穷大，引力无穷大，它的各种物理特征，已经达到了爱因斯坦广义相对论的理论极限，只能用量子引力的理论去解释。直接观测奇点，能够透彻的理解量子引力的本质。但是，自然界可以形成裸奇点么？或者退一步说，理论上是否有可能生成裸奇点？这个问题就涉及到一场赌局，霍金不认为物理定律可以允许裸奇点的存在，而物理学家约翰.普雷斯基尔与基普.索恩认为物理上裸奇点是可以存在的，三个人打了一场赌。三人的赌约，还签名按手印，好正规5年后，一个叫 matthew choptuik的得克萨斯大学博士后，通过计算机模拟引力波**后的效应，验证了裸奇点在物理学上的存在可能。引力波内向**时候，通过精确调节引力波的强度，可以在引力波**向内聚集的正中心生成一个裸奇点。看头发就知道的博士后matthew choptuik，以及模拟的奇点产生过程。在看到模拟结果后，霍金认输。裸奇点在物理上成立，不过由于生成的条件过于苛刻，在自然界自然生成一个裸奇点的可能性很小。如果哪天人类掌握了引力波**生成的技术，通过精确的调整参数，制造出一个裸奇点，那倒是有可能。不过这种技术水平距离目前的人类科技距离甚远。目前来看，裸奇点还只是一个理论上的产物，一个计算机模拟的产物，跟一百年前史瓦希脑子里面的那个黑洞奇点一样，都存在于理论中。 20210311

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