什么是“奇点”?『宇宙』
奇 点 ( Singularity )   黑洞的中心是奇点,在那里所有的物质都被挤压得具有无穷大的密度,重力变得无穷大,时空也无限地弯曲。在奇点,时间和空间都乱七八糟地搅和在一起,时间和空间都支离破碎,原因和结果都无法分离,说“时间”和“空间”已不再有任何意义。在奇点,物理定律(包括相对论)全都失去了作用,进入了一个量子引力世界。即使在今天,也还没有一种满意的理论可以解释在奇点背后发生了什么。   在事件视界之外,有一个称为光子球层的环球状区域。在这里,只要光线是以切线方式擦过光子球层,便会被黑洞引力俘获,沿著这球层像卫星一样永远绕著黑洞旋转。黑洞的可怕引力会随著距离的增加递减。   回顾从亚里士多德到牛顿再到爱因斯坦的发展进程,可以体会到,任何物理理论都有自己的成功和失败的地方,或者有效和无效的范围.解决老问题和提出新问题,往往是一个理论的两个方面.牛顿解决了许多亚里士多德没有解决的问题,但也留下了自己的困难.爱因斯坦解决了牛顿理论中的许多困难,但也带来了新的问题.   爱因斯坦广义相对论中最大问题之一是奇点.在黑洞解中有奇点,在宇宙学中也有奇点.引力坍缩的最终结局是奇点;大爆炸的起始点,也是一个奇点.   奇点具有一系列奇异的性质,无限大的物质密度,无限大的压力,无限弯曲的时空等等.此外,在奇点处,一切形式的因果关系都消失了,奇点使我人既不能谈过去,也不能预言未来. 有一段时间里,物理学家相信,奇点也许只是数学形式上带来的东西,实际上是可以避免的.如果不用完全对称的几何结构,也许就没有奇点.但是七十年代以来,霍金和潘罗西证明,在广义相对论中,奇点是一个普遍的不可避免的东西.当把广义相对论应用到宇宙学时,必然会出现奇点,就象牛顿力学在宇宙学中不可避免地要碰到某种无限大一样.   牛顿体系中某些不合理的无限大,说明了牛顿理论在一定条件下就不再适用,广义相对论中奇点的不可避免,可能也是广义相对论局限性的一种表现.爱因斯坦本人也是这样来看这些奇点的意义的.他说:“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.总之,我们必须明白,这些方程不可扩展到这样的的一些区域中去.”因此,我们必须去寻求可以扩展到这样的区域中去的理论.   在爱因斯坦之后,人们主要从两方面发展爱因斯坦的理论,一是把广义相对论和量子论结合起来,一是把广义相对论与其它的基本相互作用统一起来. 正与负、阴与阳、黑与白、天与地,万事万物是如此的和谐,宇宙间的一切奥妙都穷尽于此。当黑洞吞食着一切物质的时候,白洞则将物质迸射而出。一张一弛,这也许就是宇宙的本原。 在爱因斯坦的广义相对论中预言到了两种天体,一个是人们早已熟知的黑洞,另一个则是人们比较陌生的白洞。20世纪60年代以来,由于空间探测技术在天文观测中的广泛应用,人们陆陆续续发现了许多黑洞性质的天体。如天鹅座X--1星和御夫座e星的伴星就是两个典型的例子。众所周知,黑洞是一种极为奇特的天体,它能够把包括光线在内的一切物质都吸入自己的体内,所以黑洞在宇宙中是不会发光的,但是即使如此,天文学家们却依靠射电红外望远镜观测到了它们,并大胆的假设黑洞是恒星衰亡后留下的残骸。 世上的万物都是具有双重性的,有黑洞就有白洞。依据广义相对论的预言,白洞的一切性质都是与黑洞相反的,黑洞是“吸”,白洞是“吐”,因此,对于观测白洞来说比观测黑洞要容易得多。经过白洞前的光线及一切物质都会被白洞的强大排斥力喷射出去,使其改变原有的运动方向,向着白洞的对面运行。所以我们可以认为白洞是一种发光的物体,并且是一种发光力极强的物体。我认为,现在困扰天文学家的类星体就是白洞,因为类星体是一种与其他任何天体都不相联系的新天体,在巳知的天体射电源中约有25%是类星体,它们有许多地方使人震惊。一般的类星体比整个星系小得多,有的甚至只有星系直径的十万分之-,可是又比星系亮得多。在一般类星体的周围都会有物质喷射的现象,并且它们的射电源的一部分与一个光学喷射体相重合,而射电源的尺度比较小,能量却极为巨大。在对类星体的光学研究之后得出了一个惊人的信息,它们的光谱有巨大的红移,有的甚至达到了0.367之巨。鉴于以上几点。这个在光学上像恒星,亮度惊人且变化迅速并有着巨大的红移和发射线,但体积却很小的类星体就成了一个谜。然而我却认为运用白洞的知识来解释类星体能够更好一些。我们可以假想一幅图画:如果自己就站在白洞前面,根据广义相对论的定理,你会看到一束从远处射来的光线被白洞远远的喷射出去,喷射的光线多了,自然白洞也就越来越亮,在宇宙中传播的距离也就越来越远,因为射电也是一种物质,所以白洞也就可以像喷射光线一样来喷射射电了。白洞的体积有大有小,但大体上与恒星相同,这是它与黑洞仅有的几个相同点之一。如果不在特殊情况下,深处星系以及有光源的天体内部的白洞才能被很好的观测到,这些迹象表明,白洞很可能是类星体。爱因斯坦在广义相对论中阐明了黑洞和白洞都是能量极大的天体,这与类星体的性质也是不谋而合的。几乎所有的类星体的光谱都有巨大的红移,这是人们发现它的最大特点之一。 根据哈勃定理推算,最远的类星体达到200亿光年!也就是说,如果类星体是白洞的话,很有可能白洞就处在宇宙的边缘。如果是这样,有的类星体距离我们却只有30亿光年,这难道不矛盾吗?我认为宇宙并不是完完整整的圆形“气球”,而是犹如一个在太空中漂浮的小水滴一样表面凹凸不平,以至干产生了处在宇宙不同边缘的、距离我们较近或较远的白洞。 也许正是宇宙间黑洞与白洞之间的这一“吸”一“吐”,才使得我们的宇宙能够平稳并和谐地发展下去。关于类星体的一些知识还是常常困扰着科学家们。我想,“什么是白洞”这一科学问题终会随着天文学的不断发展而有一个较为科学的解释。