宇宙大爆炸与奇点理论

宇 宙是 由 一 个 奇 点 爆 炸 而 产 生 的 ， 空 间 经 历 了迅 速 扩 张 ，这 种 扩 张被 称 作
宇宙还没爆炸之前的奇点是什么 ？
“膨胀 ” 的 时期 ．这 种 扩 张 发 生在 宇 宙
大 爆 炸 理 论 是 这 样 描 绘 的 ： 宇 宙 “大爆炸 ”之前极为短暂的一瞬间
彭 罗斯 认 为 ，人 们 至 今 还 没 有 了
解奇点理论 ，并且认为该理论应该可 以
▲ 时 间箭 头 形 成 了宇 南 的 最 初 图 景
区分时间的过去和未来 。而且 ，宇宙的
创 造及ຫໍສະໝຸດ Baidu结 束 ，由 于 时 间参 差 不 齐 的情 况
而 有所 不 同。
最 初 的 时候 ，时 空是 在 整 齐 均衡 、
宇 宙 大爆 炸 与 奇 点理 论
文 ／闻新
宇 宙 大 爆 炸 理 论 （Ｔｈｅ Ｂｉｇ Ｂａｎｇ Ｔｈｅｏｒｙ） 是现代宇宙学 中最有影 响的一种学说 。它认 为， 宇 宙是 由一个 致 密炽热 的奇 点于 约 １５０亿年 前 一 次 大 爆 炸 后 膨 胀 形 成 的 。 １９２７年 ， 比 利 时 天 文学家和宇宙学家勒梅特首次提 出了宇宙大爆炸 假 说 。１９２９年 ，美 国 天 文 学 家 哈 勃 根 据 假 说 提 出 星 系 的 红 移 量 与 星 系 问 的 距 离 成 正 比 的 哈 勃 定 律 ，并推 导出星系都在互相远离的宇宙膨胀说。 １９４６年 美 国物理 学家伽 莫夫正 式提 出大爆炸 理 论 。
我们的宇宙是在非常特 别的状态下产生
的 。至 于 它 的 理 由究 竟 是 什 么 ，很 遗 憾 ，
至今仍没有完整的答 案。
按 照 霍 金 的 观 点 ，大 爆 炸 以 前 没
有 时 间 和空 间。 在 “大爆 炸 ” 之 前 的瞬
宇 宙大 爆 炸 之 前 的奇 点
间 ，宇 宙 是 一个 “豌 豆 ”状 的 微小 物 体 ， 它 悬 浮 于一 个 没 有 时 间 的空 间 内 ，这个
霍金 一彭罗斯 奇 点定理 ：一个 时 若充满以下条件 ，就必定存在奇点 ：
１ 强 能量 条 件 成 立 。 ２ 一 般 性 条件 成 立 。 ３ 满 足 时序 条 件 。 ４ 以 下三 个 条 件 之 一成 立 ： １、存 在 封 闭 陷获 面 ； ２存 在 紧 致 无边 非 时序 点 集 ； ３。存 在 一 点 ，通 过 该 点 的所 有 未 （或 过 去 ）方 向 的 类 光测 地 线 束 的膨 ｆ示量最终将变为负值 。 宇 宙 奇 点 理 论 指 出 ， 宇 宙 的 最 初 奇点 ，然 后 发 生 大 爆炸 ，接 着 由于 大 ｃ乍的能 量 而 形 成 了 一些 基 本 粒 子 。这 基本粒子又在能量 的作用下 ，逐 渐形 了宇宙 中的各种物 质，这就是 目前最 说服 力 的 宇 宙 图景 理 论 ， 最 著 名 的 奇 点 是 黑 洞 里 的 奇 点 ． 宇 宙 大 爆 炸 处 的奇 点 。在 奇 点 处 ， 有定律 以及可预见性都失效。奇点可 看成 空 间 时 间 的边 缘 或 边 界 。 只 有给
大爆炸理论认 为宇宙 曾有一段从热到冷的演 化史 。在 这 个 时 期 里 ，宇 宙体 系 在不 断地 膨 胀 ，
▲ 艺术家笔下的宇宙大爆炸
使 物 质 密 度从 密到 稀地 演化 ，如 同一 次 规 模 巨大 的爆 炸 。爆 炸 之 初 ，物 质 只 能 以 中子 、质 子 、电子 、 光子 和中微子等基本粒子形态存在。宇宙爆炸之 后 的 不 断膨 胀 ，导 致 温 度 和 密度 很 快 下 降 。随 着 温 度 降 低 、冷 却 ，逐 步 形 成 原 子 、原 子 核 、分 子 ， 并复 合成 为通 常 的 气体 。气 体 逐 渐 凝 聚 成 星 云 ， 星 云 进 一 步 形 成 各 种 各 样 的恒 星 和星 系 ，最 终 形 成 今 天 的 宇 宙 。
用 奇 点 区分 时 间 的过 去 和 未来
彭 罗 蜥
奇点 理 论 的 诞 生
１９６５年 ，英 国科学 家彭罗斯 发表 名论文 《引力坍塌和时空奇点 》，与 金共同创立 了现代宇宙论 的宇宙奇点 沦．．后 来 ，霍 金 与 彭 罗斯 一 道 将 奇 点 存在性证 明推广到早期宇宙。
目前 大部 分科 学家都 支持 宇 宙大爆 炸 的理 论。宇宙爆炸源于一个奇点 ，但有趣的是到 目前 为止 ，人 类 对 于 这 个 奇 点 还 是 一 无 所 知 ，包 括 它 的形 成 ，以及 爆 发 的 诱 因 。
ＳＰＡＣＥ ＥＸＰＬ０ＲＡＴ｛０ Ｎ １１
奎探 索
定 了奇 点处 的边 界 条 件 ，才能 由爱 因斯 坦 方 程 得到 宇 宙 的 演 化
【霆金与字商 掌专题 】ｌ太空探索
编 者 按 ：２０１８年 ３月 １４ 日， 著 名物 理 学 家斯 蒂 芬 ·成 廉 ·霍 金 去 世 ， 享年 ７６岁 。３月 ３１日，霍金葬礼在剑桥 大学隆重举行 。霍金是爱 因斯坦之后 最著 名 的科学思想 家和理论物理 学家，他与 彭罗斯 共 同创立的现代宇宙论 的 宇宙奇点理论， 以及他提 出的霍金辐 射、黑洞面积定理 、无边界宇宙模型等 理论 ，对现代物理学 、字宙学产生 了深刻影响 。本刊特制作 “霍金 与宇宙学” 专题 ，介绍与霍金研 究范畴 相关的一些宇宙学 常识，以飨读者。
是 由 “奇 点 ” 诞 生 而 来 。 “奇 点 ” 是
一 个温度和密度奇高 的神奇小点 ，在约 １５０亿 年 前 ， “奇 点 ” 突 然爆 发 ，从 而
顺畅自然 的状态下产生的；可是到了最
后 ，却 成 了满 是 黑 洞 的 时空 。 它 们 之 间
的不同 ，归根到底全都是 由时间箭头造
成 的 ，也 就 是 所 谓 的 时空 也 是 上 了 岁数
了 ，逐 渐 变 得 老 化 凋零 了 ．．
不管怎样 ，时间箭头 的起源在于 ，
▲ 不断循环和周而复始 的宇宙