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1 # 艾伯史密斯
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2 # 科學聯盟
題主你好,我想問一問題主知道奇點的定義嗎?奇點是數學的東西。只要是引起某個函式的發散的座標點都叫做該函式的奇點。在這個定義之下,既沒有什麼密度無窮大也沒有體積無窮小!即便在物理裡,奇點也有很多含義。比如說量子場論裡面的奇點指的是使傳播子等於的四動量,這個奇點對應的質量可以為零,也可以為有限大的數值。再比如廣義相對論裡的時空奇點,指的是讓時空度規退化或者發散的時空點,這樣的點可以是孤立奇點,也可以一系列點構成的空間域。在奇點上可以完全沒有物質,因此也就談不上什麼質量無窮大的說法。即便是宇宙大爆炸奇點,也不存在質量無窮大的說法。宇宙的總質量等於多少,我們不清楚,也就不能隨便下一個結論!因此,題主問如何理解質量無窮大,我回答:我無法理解這樣一個根本就是牽強附會的東西。
至於奇點體積無窮小,這句話並不準確。對於一些能導致奇性的時空區域來說,它們的體積可以不為零。體積的定義不是三維空間的大小,而是要在指定某種測度以後才能說“體積”。對於四維時空來說,體積可以是四維時空的體積,也可以是三維子空間的體積,更可以是二維子空間的面積!比方說,在史瓦西黑洞下,對於靜止於無窮遠的觀察者來說,黑洞的表面就是具有時空奇性的,我們稱之為座標奇性。這個奇性對應的空間面積是2πR^2,R是黑洞的引力半徑。這個奇面上有無窮多可以引起奇性的奇點,我們只能說,奇性空間域的面積測度為2πR^2,而不能說奇點的體積是多少——原因是奇點不是孤立的!!進而我們也不能說奇點的質量密度為無窮大,因為是黑洞的質量不是無窮大!題主的說法在我看來是以偏概全!
要說有沒有質量密度無窮大的奇點呢?這個還是有的,對於經典廣義相對論來說,有一些奇點是符合的。其中一個是宇宙大爆炸奇點。因為宇宙所有的物質在宇宙時間為零的時候,集中於該奇點,而該奇點的任何體積測度都嚴格為零——這一點透過計算就能證明,但是需要題主去學習數學的測度論。進而得出質量密度無窮大。另外是史瓦西黑洞內部的奇點,這個奇點是非座標奇性的。一旦進入史瓦西黑洞,任何物質都只能流到該奇點上。這一點又是孤立奇點,體積測度必然為零,進而質量密度為無窮大。
【質量無窮大,這個說法就沒有出現過,宇宙的質量到底是多少,現在並不清楚。但是絕不會無窮大。否則宇宙即便存在大爆炸,也會因為無窮大引力場而早早地塌縮掉。】
經典廣義相對論的奇性導致經典廣義相對論必須要接受改造。因為物理學不能容忍奇性!修改的方案是什麼,現在沒有最終定論。
總結一下:奇點是數學的東西,不要隨意聯絡物理;能聯絡物理的奇點也不一定就是題主以偏概全的奇點;即便是題主所說的奇點,也沒有題主所理解的那樣狹隘。
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3 # 打鍋問底
這是因為物理學還缺少一個物(星)體質量上限公式來規範我們的認知度。我們都知道,原子中質子序數(質量)有上限,導致自然形成的超重元素必然都要衰變;而核外電子更是有規律的紡錘型排布。同樣,一個物(星)體的質量密度也不可能無限大,當達到一定程度必然會自然瓦解,理解了這些,所謂的奇點大爆炸暗物質暗能量等理論就會自然而然的煙消雲散的。
誰能得出物體質量上限規律方程,諾貝爾獎非他莫屬,但願這次是我們華人!
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4 # 姝子
數學中有奇JI偶數,很容易將幾何中的奇點和物理中的奇點也念成JI,在概念上也容易混淆區別。
黑洞和宇宙起點被稱為奇QI點,是物理意義上的奇點。被描述成為“密度無限大,質量無限大,體積無限小”是描述語言(概念)的侷限性。
讓我們先來回顧一下數表達的發展歷程。 在古代,我們認為最大的數是九,發明了用三、六、九的卦爻去表述世間萬物,這是種極度精煉的表述方式,但是註定了其無法表述清楚具體細節的侷限性。
後來發明了十進位制,突破了十,有了百的概念。但當時都用文字表達,而在計算方面,只能用一些木棒(算籌)去擺放,擺到一定量就用筆記下來。 祖沖之為了計算圓周率,用毛竹劈了一大堆的竹片,擺了三四天,從地上擺到桌上,突然被一陣大風把竹片吹掉了。導致三四天的工作都白費,又得從頭擺過。可見當時計算的辛苦程度。
早期的算盤是在八卦中發展起來的,後來隨著計算的複雜,有了更多的加減乘除計算,算盤也在應用中被簡化成近代的長方形,一直沿用數千年。 而在表述方面,一直到世界推行公用阿拉伯數字之前,我們一直用文字壹、貳、叄……佰、仟、萬表述。
工業革命以後,科學才真正進入全面發展的階段,隨著應用的需求,表述體系也跟著飛速提升,對於一些天文數字的概念,有了數的次方表述。
但是隨著對微觀和宏觀探索的程序,表述方程和理論再次遇到了瓶頸。 當要表述黑洞這樣的存在時,推導到極限,任何的數字和物理定律都失效了。常用概念:密度、質量、體積等也都同時失效。在我們現有的表述體系中找不到恰當的語言(無論是文字還是數學方程),因此,描述奇點為:“密度無限大,質量無限大,體積無限小”是不嚴謹的,但也是無奈的。就像在古代想要描述清楚星際間的距離一樣,那時沒有光年的概念,除了說無限遠,找不到其它合適的說法。
未來,當科學突破現在的瓶頸,重新建立起能將微觀到宏觀統一起來的完整理論時,就會建立起新的表述語言,將奇點重新定義和描述。
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5 # 拉拉酋長
其實題主所問的問題也就是科學家們對於宇宙大爆炸之初的奇點和黑洞奇點的描述,用不著怎麼理解,直接地按字面上的意思去理解就可以了。
奇點定理是1970年由霍金等人提出的,當時主要是為了證明廣義相對論應用於宇宙學時,必然會出現"奇點",而且不僅是宇宙會出現"奇點",超大質量的恆星瀕死時的引力塌縮的最終結局也是"奇點",而要定義黑洞的存在,奇點的存在也是必須的。
現在通行的奇點理論也就是說:宇宙的開端(或者黑洞內部),所有的物質和能量都被壓縮在一個無限緻密和無限小的點上,如果是放在宇宙大爆炸論中,該理論上存在的這一個點也就是宇宙的開端,宇宙裡面的所有物質和能量都是源自於該奇點的爆炸後產生的,宇宙大爆炸的10^-43 秒,宇宙的膨脹速度是光速的平方,直到中子和質子到原子出現後,宇宙才以光速膨脹著,一直到今天還在繼續膨脹。
而至於黑洞的奇點,則是認為奇點上的物質超過光速抵達另一個時空,和當前時空沒有關係。但是科學家們同時也認為奇點無法理解,甚至所有的物理理論都不適用於奇點裡,所以我們不需要打破沙鍋問到底,只需要知道這是一個無限緻密、無限小、引力曲率無限大、溫度無限高的點就可以了。
回覆列表
答:這是當前理論的結果,可以理解為理論的侷限性吧!
我們看待黑洞奇點的時候,描述成密度無限大、體積無限小,然後僅此而已,普通人不需要去深究,為什麼體積無限小!
因為這本身就是當前理論下,得到的一個發散結果,極有可能是當前理論的侷限性造成的,就如:
1、相對論之前,經典力學描述萬有引力速度為無限大;
2、量子力學之前,人們困惑絕對論;
3、廣義相對論之前,萬有引力描述無限接近的物體,萬有引力為無窮大;
……
等等,這些發散結果,本質就是經典力學的侷限性帶來的。
那麼我們,又如何肯定當前的理論,就一定是正確的呢!!!
所以,理論出現發散的地方,極有可能就是當前理論的侷限性導致的,科學家之所以去研究黑洞,是因為當前理論在這裡失效了,新的理論必將在這裡誕生。
如果你能理解這點,就不用去糾結密度無窮大的悖論,等新的理論出來,會給我們合理解釋的!