科学探索|自然界中存在奇点吗?( 二 )


这样的地方到底存在不存在?存在
在上述探索中,我们是从一个由普通材料制成的普通球开始的,然后很快就对物理学进行了扩展,将量子物理学和爱因斯坦的广义相对论包括进来 。通过简单地将一个变量(在shangshu 例子中是球的半径)的极限取为0,奇点就出现了 。科学家认为,奇点就是通向新物理学的大门 。
然而,对奇点的探索却有一种使命未完成的不满足感 。我们不知道黑洞内部发生了什么 。通过方程——至少是爱因斯坦的方程——的计算,我们会在黑洞的最中心获得一个奇点 。在那里,引力本身趋于无穷大 。这是宇宙中一个同时存在又不存在的地方 。还记得量子物理学吗?量子物理学告诉我们,一个位于空间中的点意味着无限精确的位置 。这种无限的精确度是不可能存在的 。海森堡的测不准原理告诉我们,奇点实际上是一个在不停“抖动”的东西;每次我们试图定位它时,它都在移动 。这意味着,我们永远无法到达黑洞的中心,即使在理论上 。
对奇点的新认识
因此,如果我们认真对待这些理论,出现在模型中的数学奇点不仅打开了通向新物理学的大门,同时也不可能存在于自然界中 。大自然似乎找到了某种绕过奇点的方法,但我们对此一无所知 。遗憾的是,我们现有的模型似乎都无法做到这一点,至少目前是这样 。无论黑洞内部发生了什么,无论我们的想象力对此有多么着迷,我们都需要一种尚未出现的新物理学 。
使奇点更加难以探索的是,我们无法从黑洞内部获取数据 。没有数据,我们要如何决定哪一个新模型才是合理的呢?难怪爱因斯坦不喜欢黑洞,尽管这是他自己理论的产物 。作为一个现实主义者,爱因斯坦发现自然世界的某些方面超出了人类的理解范畴,这着实很令人恼火 。理论上,引力奇点(也称时空奇点)是一个体积无限小、密度无限大、引力无限大、时空曲率无限大的点 。在这个点,目前已知的物理定律都无法适用 。也许将来会有某种结合了量子引力的理论(如目前研究的超弦理论),不需要用奇点来解释黑洞,但这种理论的验证也需要很多年 。
【科学探索|自然界中存在奇点吗?】到这里,我们有了一个新的认识 。虽然我们应该不断尝试解决奇点的问题,但或许也应该抱着这样的心态:不能找到所有问题的答案也没关系 。毕竟,“未知”才是推动我们继续寻找的动力 。英国剧作家汤姆?斯托帕德曾经写道:“正是想要知道,才让我们变得重要 。”即使我们最终无法回答奇点问题,探索的过程仍将具有重要的意义 。(任天)