廣義相對(duì)論 霍金理論系列之一：奇性定理( 二 )
文章插圖
三種二維化的弗里德曼宇宙模型
宇宙大爆炸模型
【 廣義相對(duì)論|霍金理論系列之一：奇性定理】但隨著美國(guó)天文學(xué)家哈勃發(fā)現(xiàn)了遠(yuǎn)方星系隨距離增加的紅移現(xiàn)象，物理學(xué)家據(jù)此得出宇宙正在膨脹。40年代末，弗里德曼的一個(gè)學(xué)生，美籍俄裔物理學(xué)家喬治·伽莫夫據(jù)此提出了熱大爆炸模型，并隨后預(yù)言了宇宙背景輻射，宇宙背景輻射最終在70年代被證實(shí)。而熱大爆炸模式回推同樣會(huì)在t=0處出現(xiàn)宇宙奇點(diǎn)。
文章插圖
宇宙大爆炸
初始條件
在廣義相對(duì)論的各種解里，奇點(diǎn)似乎是不可避免的，但是愛(ài)因斯坦的反對(duì)依然非常有力——在所有解里，初始條件都需要精確設(shè)置。比如史瓦西解需要嚴(yán)格的球?qū)ΨQ，弗里德曼解則需要物質(zhì)分布均勻和各向同性……
最早嘗試證明奇點(diǎn)在一般條件下也必然存在的是英國(guó)數(shù)學(xué)家彭羅斯，不過(guò)后來(lái)他被霍金帶歪了，成了一位物理學(xué)家……他在遇見(jiàn)霍金之前已經(jīng)證明了任何足夠質(zhì)量的天體在引力坍縮后都必然產(chǎn)生奇點(diǎn)，不需要特殊的初始條件，我們可以把這種坍縮產(chǎn)生的奇點(diǎn)稱為時(shí)間的終點(diǎn)。
霍金在了解彭羅斯的證明后認(rèn)為，如果把彭羅斯的引力坍縮過(guò)程反過(guò)來(lái)，變成膨脹過(guò)程，則所有宇宙膨脹過(guò)程都必然始于一個(gè)奇點(diǎn)。也就是弗里德曼的所有模型，當(dāng)然包括伽莫夫的宇宙大爆炸模型都必然始于一個(gè)奇點(diǎn)！我們把這種奇點(diǎn)稱為時(shí)間的起點(diǎn)。而奇點(diǎn)的出現(xiàn)只需要很普通的條件：1、廣義相對(duì)論是正確的，2、宇宙包含了我們現(xiàn)在看到的這么多物質(zhì)。
文章插圖
不同的膨脹宇宙都必然始于奇點(diǎn)
新的希望
奇點(diǎn)的出現(xiàn)預(yù)示著宇宙必然有一個(gè)開(kāi)端，并且預(yù)示著我們無(wú)法了解宇宙大爆炸是因何發(fā)生的。因?yàn)槠纥c(diǎn)處所以的物理規(guī)律都失效了，我們無(wú)法對(duì)奇點(diǎn)作出任何推論和預(yù)言。它同時(shí)預(yù)示著廣義相對(duì)論是不完備的，因?yàn)樗A(yù)言了自身的失效。
現(xiàn)有理論的矛盾也是著新物理誕生的機(jī)遇，科學(xué)家開(kāi)始嘗試把量子力學(xué)引入廣義相對(duì)論，學(xué)界稱這種尚未成形的理論為量子引力理論，它將消去廣義相對(duì)論的所有奇異性，也就是奇性疑難將在量子引力理論下不復(fù)存在。我們期待這新物理理論的誕生吧！
推薦閱讀
- 理論 黑洞是什么，它又是怎樣形成的，一起來(lái)認(rèn)識(shí)下吧
- 宇宙 理論上宇宙應(yīng)存在大量文明，為何卻沒(méi)有文明聯(lián)系我們，原因是什么？
- 物理學(xué)家 天文學(xué)中早已被推翻, 但還被普通民眾視為常識(shí)的理論
- 警告 霍金生前為什么警告人類，要抓緊離開(kāi)居住的地球他發(fā)現(xiàn)什么
- 斯蒂芬 霍金去世留下三大預(yù)言，第一個(gè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，希望永遠(yuǎn)不要實(shí)現(xiàn)后面的
- 學(xué)者 導(dǎo)致恐龍滅絕的隕石從哪兒來(lái)？哈佛學(xué)者提出新理論｜一周科技
- 科學(xué)家 為了能讓霍金說(shuō)話，科學(xué)家在他的輪椅上裝了很多你不知道的黑科技
- 意大利人 世界史上十大天才榜單, 看看霍金、愛(ài)迪生、 愛(ài)因斯坦能排第幾
- 理論 宇宙探索星系從何而來(lái)宇宙之外還有宇宙嗎
- 宇宙飛船 霍金：時(shí)間穿越是真實(shí)存在的，只是宇宙在阻止人類，原因讓人絕望