粒子剧烈运动产生温度,这是我们世界的解释 。奇点不是我们世界管辖范围,因此无法用我们世界理论来衡量 。
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奇点是一个假设,在奇点处一切理论都失效 。现代物理学认为,宇宙大爆炸起源于一个无限小的奇点,既然无限小,就是无法度量的小,它当然比一个电子还要小,比量子力学认为人类可以认知最小的极限,普朗克尺度还要小 。
广义相对论场论认为,物质缩小到史瓦西半径后,奇性就不可避免,这就是时空零点 。在这个地方,时空崩溃或者分离,时空消失 。而人类的一切度量都是在时空中设定的,是对时空和物质的描述,没有时空怎么描述?
量子力学规定了一个最小值,这就是普朗克尺度,也就是人类可以认知的最小长度,为1.6x10^33cm 。这个尺度比电子还要小20个数量级 。量子力学认为,长度和时间都具有不确定性,不确定性的程度是由普朗克常数确定,普朗克常数为h=6.6260693x10^34J·s 。
而从中得出的普朗克长度就是人类认识的最小长度,与之相对应的最小时间间隔为普朗克时间,约为10^-43s 。这个世界比普朗克尺度短的长度就没有意义了,也没有比普朗克时间更短的时间存在 。
因此人类理论都是建立在普朗克长度和普朗克时间之上的,奇点在这个之下,怎么能够有之上理论去解释之下的东西呢?因此奇点在人类认识极限之外,无解 。
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奇点为什么会无限小?首先,奇点定义为体积无限小,这个无限小是根据爱因斯坦广义相对论场论得出来的 。上世纪德国天文学家、物理学家卡尔·史瓦西,根据爱因斯坦场论,发现了史瓦西半径的存在 。就是任何具有质量的物体都有一个自己临界半径值,一旦物质被压缩到自己质量的史瓦西半径以内,就无可避免的无限坍缩到中心一个无体积的奇点上,并与质量成正比,在周边形成一个球状封闭的无限曲率空间,在这个空间里,任何粒子和光都无法逃逸 。
史瓦西半径的计算公式为:R=2GM/C^2 。这里R表示史瓦西半径值,G为引力常量,M为物体质量,C为光速 。
根据这个公式,可以计算出太阳的史瓦西半径约3000米,而地球史瓦西半径只有9毫米 。宇宙中的黑洞就是史瓦西半径理论最准确的验证天体,黑洞无论质量多大,中心都只只能存在一个无限小的奇点,但史瓦西半径就有大有小,与质量成正比了 。
宇宙质量这么大,当还没有爆发开来时,只能以奇点的形式存在 。
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奇点的其他三个无限都是从“体积无限小”推论出来的 。在我们世界,对温度的解释是粒子运动的结果 。粒子密度越高,运动越激烈,温度就越高;反之,温度就越低 。奇点中是不是这样呢?不知道,因为没有理论能够解释奇点 。一般来说,奇点中已经没有时空,有没有我们认知的粒子也无法知道,怎么还有粒子运动呢?
其实,无须证明奇点中是不是有剧烈运动,我们完全可以不去管他,从奇点无限小就可以推论出其他三个无限了 。因为既然我们都无法知道这个奇点体积到底有多小,小得几乎为零,也就是时空零点,那么这个奇点密度、温度当然就会无限大了 。
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我们想想,即便这个奇点包含了我们世界1克的物质,把它极度压缩到无限小,你还能够度量出它的密度吗?即便这个1克的物质温度为1K,或0.0001K,如果这个物质在我们世界密度为1g/cm^3(水的密度),根据能量守恒定律,这0.0001K温度物质被压缩到无限密度,你还能够度量出它的温度有多高吗?
这就是密度无限大和温度无限高的来历 。至于无限曲率,在前面关于史瓦西半径介绍中已经说明了,就是物质压缩到自己史瓦西半径范围内时,就会与质量成正比形成一个球形无限曲率空间,在这个空间里,曲率也就是引力是无限的 。
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那么奇点是怎么来的呢?这里介绍奇点来源的两个猜想 。其一,宇宙回归奇点 。
这个理论认为宇宙现在一直在膨胀,当膨胀到一个临界点就会停止并开始收缩,最终会坍缩成一个奇点;而奇点在适当的时候又发生爆炸形成新的宇宙 。科学界认为,宇宙膨胀收缩受暗能量和暗物质的主导,暗能量主导并催动宇宙膨胀,暗物质主导这天体物质的引力收缩 。
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