可不可以给我简单解释一下(宇宙大爆炸时的奇点)是什么?

可不可以给我简单解释一下(宇宙大爆炸时的奇点)是什么?

如果你大概了解一些物理的发展历史,这个问题并没有那么难以理解。“任何知识,只要你有足够的了解,都会是非常简单的。你了解的越多,对问题看待的也就越深刻。”相反,你了解的越多,就会滋生更多的问题,更深刻的问题。这是很让人头疼的。

另一个问题就是,其实语言并不是相通的,就好比你如果学计算机,就需要接触很多的陌生名词,什么叫缺省?什么叫面向对象?什么叫编码?等等。其实任何一个名词,用我们的大白话都可以很好的去解释。只是专业的人,往往有专业的素养;专业的素养,往往不给人解释专业的名词。这可以保证专业人的专业精神和权威。(实事求是,没有任何抨击之意)

我们回到你的问题——宇宙大爆炸。在开始说这个问题之前,我不免还是再唠叨一句:其实如果你理解,它就不是什么问题;但解释起来,如果我想让你听懂,就不免多普及一些知识。希望可以对你有所帮助。

我们还是从简述物理历史开始说起吧!

牛顿在发现“万有引力”后,其实有意无意地提出了一种宇宙模型。再结合于他自身的信仰,他其实认为“宇宙是亘古不变的”。我们举例来说,他的意思是说,如果现在地球在围绕着太阳转,那么未来也一定在相同的轨道上,同样围绕着太阳公转。而宇宙中所有的物质,都是如此。

但他的一个友人对此有些疑问,并写信于牛顿,问道:“如你所言,物质A与物质B之间存在万有引力,按理来说,A和B的距离在受到引力的作用下,将会越来越近,最后碰撞到一块儿才对。按照这个逻辑,宇宙中的所有物质最后都将碰撞到一块儿才对呀!怎么会亘古不变呢?”

他友人的这个观点中,我们一般将“碰撞到一块儿”用一个名词来代替——坍塌。所以我们可以换句话说,他的友人认为,按照万有引力的说法,宇宙最终会坍塌到一个点上,而不应该如牛顿所说,宇宙在亘古不变的运动中。

牛顿回信道:“在有限的空间内,你的想法是正确的,但宇宙是无限的,并不能以此推断。”这个意思是说,在有限的空间内,我们很容易可以找到一个中心点,而所有的物质都将坍塌到这个点上。但在无限的空间里,我们不能够确定这个中心点在哪里,所以物质便不会坍塌了。

我们当然知道,这个解释特别不靠谱。

好了,我们再来说第二部分的历史。

那么,如果牛顿的解释有些牵强附会,而我们又确实认为“万有引力”存在的情况下,究竟是什么原因,导致物质没有坍塌到一个点上呢?

20世纪初,哈勃发现,观测到的绝大多数星系的光谱线存在红移现象。这是什么意思呢?

我们首先来解释一下红移是什么?比方说A拿着一只手电筒,你拿着一个接受光谱信号的仪器。你会发现,当A向远离B的方向运动时,照射在光谱信号仪上面的光谱会朝红色的方向移动。好了,如果没听懂,没关系。我们只需要知道,通过这个现象,我们发现,所有发光的物体都在离地球远去。

然而,如果我们不那么自以为是,就不应该觉得是所有天体都在离地球远去,而是,所有天体,都在越来越远地相互远去。

我们称这个现象为“宇宙膨胀”。

故而,我们知道了,之所以宇宙中的所有物质,没有坍塌在同一个点上,是因为所有天体将越来越远,都走向了一条越来越孤独的道路上,谁也不想看见谁。

那么问题出现了,如果所有的天体正在远去,我们是不是可以认为,起初的时候,他们是什么样子呢?如此我们便对此有了一些模型。我们先来看模型一。

模型一:

我们假设宇宙存在边界,而最初所有的物质都附着在宇宙的边界上。在图中我们用小黑点来随机表示一些个物质。

不知是何原因,是何时间,这些物质开始向圆中心运动,如图所示:

直至它们穿过圆心,形成下图所示:

至此,所有的物质开始远离。也就是我们所观察到的现象。

这种模型对不对呢?我们暂且不考虑。而且它们在通过中心点时,有没有发生碰撞,我们也不得而知。与此相比,我们还有另外一种模型,可能更具有说服力——宇宙大爆炸。

模型二

便于理解,我们用圆A来表示一个有限或者无限的空间范围。而中心的黑点,表示物质。

从某个时间开始,这个物质开始向外爆炸。如图所示:

这样,也可以形成我们现在所观察的现象——宇宙在膨胀。我们更倾向于这个模型(原因后面解释)。

附:由于很多人会留言,“宇宙大爆炸并不是真的爆炸”这一言论,所以在此必要解释。所谓的“爆炸”只是一种形象的说法。如图所示,在图中所看到的物质,如果在一瞬间便开始向外分散运动,的确像是一种爆炸。

那么,我们为什么会更倾向于这种模型呢?

因为我们发现了宇宙中的一个现象,那就是黑洞。黑洞的出现,则向我们展示了,在宇宙中,可以允许这样一种存在:体积无限小,密度无限大的物质。所以这种黑洞的物质,跟我们图中的黑点很相似。

那么黑洞是如何形成的呢?

物理学研究发现,只要一颗恒星足够大,大到超过一个数值,那么这颗恒星变为黑洞,只是时间问题而已。而且越大的恒星,其由于要发更多的光和热(像太阳一样),则会消耗更多的能量,则消耗的更快。这便导致,这些恒星在向外发光发热的同时,如果要保证自己的这种消耗,必须缩小自己的体积。所以这些恒星便会变得越来越小(这种现象,我们也称之为坍塌)。直至变为黑洞。

那么,我们为什么要对于黑洞多做解释呢?因为我想让大家了解一个事情,黑洞并不等于奇点。

它们的关系实际上,是黑洞造成了奇点,而不是黑洞是奇点。

我们假设我们所生活的三维空间是一张二维的图,便于我们理解。因为三维的空间我们没办法画出来。如图所示:

本来,这个三维空间是很平坦的。但如果在这个空间上放置一些重的物质,那么这个空间就发生了变形。如图所示:

但我们知道,在我们的宇宙中,这种重的物质显然有很多,于是这个空间便变得特别不平坦。如图所示:

这便是我们所说的“时空进行了扭曲”。

好了,现在有一个问题,如果有一种物质,他的密度无限大,体积无限小,那它将会对这个三维空间造成什么样的变形呢?结果将如下图所示:

但是,这个三维空间就好像是一张膜,这张膜,它有一个张力的阈值,超过了这个值,这张膜就会被撕裂,于是,一部分的膜就从整个膜中脱离了出来,而附着在了那个密度无限大,体积无限小的物质上面了(因为这种物质我们画不出来,所以用一个可以看得到的球形代替)。

我们可以把下面的小球理解为:它是一个黑洞,它的密度无限大,而体积无限小。它的最外面包裹着一层叫做空间的膜。如果说这是理想中的黑洞,那么这个黑洞将与我们无关。因为他所处的空间与我们所处的空间可以说是两个独立的空间。

那我们从此处开始去理解“宇宙大爆炸”。

我们假设我们的宇宙刚开始就是这个小球,这么一个黑洞。而上面的那张大膜将与我们无关。故而,大膜最下面的那个奇点,也与我们无关。所以题主所问“宇宙大爆炸的奇点”这个问法,就有了一些问题。因为我们处在小球里,小球中此时还没有奇点这个东西。

而后,不知什么原因,这个小球瞬间开始膨胀,而且速度非常快。也就是我们所谓的爆炸。我认为附着在小球上的那张膜并不足以支撑这种瞬间膨胀的冲击力,所以这张膜被撑破了(当然也有可能没被撑破,我不知道)。

为避免误解,最后补充一点:我们看图上,被称之为奇点的那个点。

我们本来为了便于理解,已然将三维空间简化成了二维图。结果这个点却不在二维图上,而是硬将一张二维图坠出这么一个点来,那么这个点究竟在几维上?

所以真实的奇点是什么样,谁也不知道。我们的这些,都是猜想。

另外作为一个业余的爱好者,我的一些观点可能并不是全面的,也可能是错误的。