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密度无穷大的奇点,它到底是接近无穷大还是无穷大?

来源:网络 编辑:小彩 更新:2026-10-09

宇宙大爆炸相关的内容都会提到一个密度无穷大的奇点,那它到底是接近无穷大还是无穷大?

【答案1】

你已知的有关奇点的概念可能都有些误导。

数学概念中的奇点是这样的:

上图所示的是y=1/x2曲线,当x=0时,y无穷大。

这也就意味着在该公式中,x不能等于0,且x越接近于0,y越大(仍有歧义)。

x=0时,该公式没有意义,因为结果并非过大或是过小,亦不是无极限,而是不存在。

在物理学中,奇点的定义是类似的,即在标准宇宙学中,宇宙大爆炸的那一瞬间t(时间)等于0,但它并不是宇宙的一部分。

那一瞬间,宇宙的密度不大不小,也并非无极限,而是不存在(就此而言,时间不可能小于等于0)。

t接近0时,宇宙的密度十分大,大到足以让量子效应在引力中发挥作用。

这时候,所有描绘事物的语言都会失色,因为我们尚未有一个可行的量子引力理论。

因此,一旦有修正过后的公式能够解释量子引力,我们也许就能够得知大爆炸的起始点到底是不是宇宙的一部分。

但是在标准宇宙学(不存在量子引力)的范围中,大爆炸瞬间并不属于现存的宇宙。

奇点之所以被称为奇点,正是因为它是在宇宙中消失的一个点。

我们尚且无法找到它,就像找不到y=1/x2中x=0时的答案。

【答案2】

下文将会用简单的逻辑方法来阐述,无需较高的数学背景。

奇点既不是无限的,也不是有限的,它甚至不是一个物理实体。

它只是人们收集当前的宇宙数据,反向推演宇宙历史,并将其压缩成一个小而密的质点而导致的结果。

换句话说,奇点只是一个数学结构。

如果奇点确实是一个热而致密的物体,那么它的起源是什么?没有起源,就没有实际的物体。

科学世界中的每一件事物都必须有可被证实的源头,否则任何人都可以随意编造,无凭无据。

除非能够追根溯源,不然奇点、量子泡沫、膜、真空能都将只能是超现实主义下的产物。

时空是连续的,宇宙中的一切都必须在四维空间的原点处有一个起点,无法凭空出现。

在进一步讨论之前,先介绍一些专业术语的定义:

1.宇宙(Cosmos)——这是所有二元世界和创造它们的虚无的总和,拥有无限的时间和空间。

2.我们所在的宇宙(Our Universe)——包含普通物质和能量的我们熟知的空间。

3.反宇宙(Anti-universe)——由反物质构成的宇宙,包含暗物质和暗能量。

4.二元宇宙系统(Binary Universe System)——每一个宇宙空间都有一个反宇宙与之相平衡,而证明反宇宙存在的证据就是暗物质和暗能量。

我们的宇宙就是一个双元系统,但暗物质与普通物质交织在一起,有可能你的身边就有一小部分暗物质存在。

5.暗物质/暗能量(Dark Matter/Dark Energy)——暗物质是在宇宙膨胀过程中由反向波形成的不可见的物质,而暗能量则来自于暗物质,就像普通能量来自普通物质一样。

6.虚无(Nothingness)——这是最难理解的概念,由于我们几乎对它一无所知,所以无法对其下准确的定义。

在宇宙中,没有有形的物体可以与之比较。

虚无中没有物质,没有能量,没有希格斯场,只有无尽的空间,它存在于浩瀚无垠的宇宙中,亦可能存在于虫洞中。

在数学上和逻辑上,虚无可以被三段论定义:

a.如果虚无=0,

b.0=(+1)+(-1),

c.那么(+1)宇宙和(-1)宇宙皆来自于(0)虚无。

进一步说,我们所在的宇宙和反宇宙是同时诞生的。

同样,奇点也是如此。

只有拥有一个反奇点与之平衡,奇点才存在。

这样一来,当时间位于原点时,这个宇宙才平衡。

然而,大爆炸可以简单地用大分离来解释(见下图):

换言之,正是引力对排斥力的作用为宇宙大爆炸(或是奇点)提供了能量。

有趣的是,所有的物理定律都可以用这样一个事实来解释:当某物被拆分时,这些碎片会想要重组到一起。

例如,当你使用电池时,你会把正电荷和负电荷分开。

然而它们回到一起时,才能以电磁动力的形式提供能量。

又或是当一个物体从地板上被举起放在桌子上时,它会想要再次回到地板上,这就是引力产生的现象。

所以一旦两个宇宙空间完成分离,只要各自的熵保持稳定,两个空间便不会回归到虚无。

例如,暗物质的粒子,可能是超级粒子,是不对称的,相当于规则粒子。

这样一来,在大分离仍然存在吸引力,空间湮灭不会发生的情况下,两个相似但不对称的粒子之间便产生了电位差/电压。

大分离时产生的电位差产生了势能(PE),它被包含在任何系统的总能量中,包括EM和强/弱核力和重力。

所有这些由于大分离而储存的能量都包含在由常规物质组成的宇宙和由暗物质组成的反宇宙中。

换言之,大分离=宇宙大爆炸=总能量=势能+动能=两个宇宙中所有的能量。

但就像一块电池,当所有的能量都用完时,热寂就会自然而然地发生,导致宇宙再次遁入虚无。

因此,导致大爆炸的大分离,其概念与单纯的奇点的数学构造相比,具有更大的逻辑价值。

总的来说,奇点的主要谜团在于,它从何而来以及如何解释其中所包含的难以置信的力量。

存在哪些类型的黑洞?它们有何不同?

## 存在哪些种类的黑洞——它们有何不同? 黑洞既令人着迷又让人困惑。

但它们并非千篇一律。

观看图片,了解更多关于不同类型黑洞的信息。

相关知识 黑洞是宇宙中引力极强的天体。

它的引力大到连光都无法逃脱。

恒星在生命末期,若质量足够大,坍缩后就可能形成黑洞。

黑洞周围存在事件视界,一旦越过,便万劫不复,其内部大量物质聚集于奇点,如今科学家不断研究以揭开更多奥秘。

2.黑洞的关键特征是事件视界,这是一道虚拟边界:一旦物体(包括光)越过此边界,便再也无法返回外部宇宙。

视界内部的物质会被压缩到体积无限小、密度无限大的奇点,现有物理理论在奇点处暂时失效。

3.按质量划分,黑洞主要有三类:恒星级黑洞(质量为太阳的几倍到几十倍)、超大质量黑洞(质量达太阳数百万至数十亿倍,多位于星系中心)、中等质量黑洞(介于前两者之间,是近年天文学研究的热点)。

5.黑洞有无毛定理特性:无论形成它的物质原本状态如何,最终仅由质量、电荷、角动量三个属性决定。

霍金还提出霍金辐射理论,指出黑洞会缓慢损失质量,但这种辐射极其微弱,目前无法直接观测。

6.超大质量黑洞与星系演化紧密相关。

例如银河系中心的人马座A是超大质量黑洞,它的引力影响周围恒星运动,甚至可能在星系形成初期充当种子,调控恒星的形成速率。

7.人类对黑洞仍有诸多未解之谜:奇点处的物理规律需结合量子力学与广义相对论(两者尚未统一);黑洞内部的时空结构如何;中等质量黑洞的形成机制等,这些都需未来观测和研究来解答。

BY: Mandana Tadayon FY: AI 如有相关内容侵权,请在作品发布后联系作者删除 转载还请取得授权,并注意保持完整性和注明出处

中国科学家:黑洞是一颗困在“黑域”里的星

那里可能并没有奇点。

黑洞想像图。

通常我们认为黑洞的中心是一个奇点,但中国科学家经过研究之后认为有另一种可能。

ESO 我们常说,黑洞中心有一个奇点。

向内越过视界之后,一切都会坠向这个密度无限大的点。

在那里,所有已知的物理学定律都会失效,所有方程式得出的结果都没有意义。

但这与其说是一个答案,倒不如说是一种坦白——它实际上在告诉我们,我们已有的物理学知识在那里抵达了尽头。

近日中国兰州大学的两位研究人员——陈坦和王永强,在一篇论文中表示,他们认为某些黑洞内部可能存在着一种奇异的天体结构,并将这种结构称为“黑洞内的中子星”。

这一猜想和美国理论物理学家Nikodem Poplawski十几年前提出的“黑洞内生宇宙”猜想有相通之处——它们都认为黑洞内没有奇点。

不同的是Poplawski的猜想认为黑洞通过虫洞和另一个宇宙的白洞——也就是“平行世界”的宇宙大爆炸相连。

而在兰大科学家2025年提出的一个新构想里,某种形态奇异的暗物质若能排列成晕状,并且在其压力和密度之间建立起某种特定的关系,就会形成一种中心没有奇点的黑洞。

在这样的黑洞里,已知的物理学定律依然有效。

而这一次研究人员进一步设想,如果这个暗物质晕的中心有一颗中子星,那么整个体系又会如何演化?中子星是会被吞噬,还是能够达成某种平衡? 中子星是大质量恒星停止聚变爆发成超新星后留下的内核残骸,密度极高。

一匙中子星物质的质量相当于十座珠穆朗玛峰。

但是尽管如此,中子星的极端性依然不如黑洞。

研究人员使用恒星结构标准方程求得了一个独特的解。

他们发现,在暗物质晕密度低于某个阈值的情况下,整个体系并不会发生显著的变化——此时的中子星依然会稳稳地端坐在暗物质云的中心,只是形态会被略微压扁;在晕的密度高于某一特定阈值的情况下,整个体系会发生坍缩,此时方程式没有稳定的解。

然而当暗物质晕密度处于这两者之间时,奇怪事情就会发生。

模型显示,如果这是一颗半径约8.5千米的中子星,那么此时从距离中子星中心开始向外大约10至12千米处的时空会发生突变,形成一个几何结构翻转的壳层。

这个壳层具备黑洞视界的所有特征。

它隔绝了内外,形成了一个类似“黑域”的奇异时空结构,能够把进入其中的一切,包括光和信息,都永久地封锁在里面。

但这个视界并非由奇点产生。

其内部实际上包裹了一颗中子星,而且这颗中子星和普通的中子星本质上没什么两样。

该模型的要点在于无需坍缩的介入。

形成视界的引力是由中子星和暗物质晕共同提供的,且参与的暗物质质量与这颗中子星的质量相当。

研究人员使用两种不同的中子星物质描述方式得出了相同的结果,表明该结果并不依赖于某一特定假设。

不过,要使该假说成立,所需的暗物质密度远超当前学界预期。

所以它更像是一个思想实验。

它的意义在于宣示了黑洞内部并非物理学的终点,并向我们展示了黑洞内部结构的一种可能——那里有物存在,而不是只有虚无和概念。

参考 A Neutron Star Hidden Inside a Black Hole https://dx.doi.org/10.48550/arxiv.2608.06224