宇宙奇点

天文物理学专业术语

宇宙奇点(singularityof the universe)，是指宇宙引力大坍缩灭亡的“0”维空间的点，也是宇宙大爆炸诞生的“0”维空间的点。在奇点宇宙没有空间，宇宙半径尺趋近于零。奇点是一个密度无限大，热量无限大，温度无限高，压力无限大，时空曲率无限大，体积无限小的“点”。在奇点宇宙处于高密高温高压的可逆动态热平衡“0”维空间状态，宇宙引力能量和宇宙斥力能量瞬间先后处于无穷大。

定义

弗里德曼根据广义相对论，共计算出三类膨胀宇宙模型。不管哪一类膨胀宇宙模型，在开始时，星系之间的距离为零，物质、时间和空间都卷曲成一个没有大小的点。因而，宇宙的物质密度，以及时空曲率都是无穷大的。在数学上，这样的点叫做“奇点”。宇宙中这个点被称为“宇宙奇点”。宇宙奇点正是广义相对论所预言的。

性质

奇点是现代宇宙科学中的一个未被真正了解却又无法回避的天体，其物理属性已经超过了现有物理学的研究范畴。其实，根据广义相对论物质使时空弯曲的观点，可以直接推论出宇宙奇点，因为当物质引力无限大时，可使时空曲率变得无限大。

起源

1948年，乔治·伽莫夫发表了《大爆炸宇宙论》一文章，他认为宇宙起源于一次大爆炸，并作出了一个惊人的预言：宇宙的热的早期辐射（以光的形式）今天还应在周围存在，但其温度已被降低到5k。理论预言后被彭齐亚斯和威尔逊于1965年证实。伽莫夫的《大爆炸宇宙论》主要从大爆炸1秒钟讨论起的。他未能论述是什么力量使宇宙发生大爆炸的？那宇宙的第一推动力是怎样的？从广义相对论的理论看，当时空等于零时，是宇宙的最小条件，这时宇宙出现一个奇点。奇点处宇宙体积为零，物质密度、奇点温度、时空曲率都出现了无穷大。这些都是现代物理定律无法解释的。

科学探究

哈勃发现星系红移

1929年哈勃发现的星系红移，成为膨胀宇宙的第一个证据。斯蒂芬-霍金指出，宇宙膨胀的发现，是20世纪的伟大智力革命之一，它彻底地改变了有关宇宙起源的讨论。如果星系在相互离开，它们在过去必然更加接近，根据膨胀率，在100～150亿年前它们是挤在一起的。

爱因斯坦一德西特模型

1932年，爱因斯坦与德西特放弃他们各自的“静态宇宙模型”，而联手建立了没有宇宙常数的新的宇宙模型，即“爱因斯坦一德西特模型”。在这个用广义相对论基本方程构造出来的简单宇宙模型中，明确指出宇宙在膨胀，并且暗示在很久以前有一个确定的“创世事件”存在。在这个事件中，宇宙从一个数学上无穷大的“奇点”创生出来。

彭罗斯定理

1965年，彭罗斯从理论上证明，老年恒星在自己的引力作用下收缩(专业叫法为“坍缩”)，其表面积最后会缩小到零。这样，其体积当然为零。体积为零，其物质密度、时空曲率也就无限大。这正是奇点。彭罗斯指出，任何坍缩必须终结于一个奇点。他的理论被称为“彭罗斯定理”。彭罗斯定理虽然是以广义相对论为基础的，但爱因斯坦不愿意承认广义相对论的这个预言，他认为恒星将在某一个最终状态安定下来。

霍金

霍金在看了彭罗斯的论文后，也在此基础上进行了理论研究。他的研究进一步指出，彭罗斯定理也适合于整个宇宙。宇宙在引力作用下，最后也会坍缩为一个奇点。如果将时间反演，宇宙则是从奇点开始的。

与数学不能处理无穷大数的奇点一样，广义相对论也不能处理自己所预言的宇宙奇点，也就是说，广义相对论在宇宙奇点失效了，它不能告诉我们宇宙是如何开始的。

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