黑洞、重力波與宇宙學

奇點

奇點是黑洞中心的那個點,在那裡廣義相對論的方程不再給出有意義的答案:時空的彎曲和物質的密度都衝向無窮大。它不是懸在空間裡的一個微小緻密小球;它是「這裡」和「此刻」這些概念本身崩潰的地方,是視界內每一條路徑注定終結之處。想像試圖用一個數除以零——數學之所以失控,不是因為現實真的無限,而是因為公式被推到了它無法運作的範圍之外。

大多數物理學家把這些無窮大讀作一種警告信號,表明理論並不完整,而非自然的真實特徵。廣義相對論把重力描述為平滑、連續的彎曲,而量子理論則用機率和跳躍來支配極微小的世界。在奇點處,這兩幅圖景必然相撞,而我們還沒有一套公認的量子重力理論,來告訴我們在那個小到趨於消失、彎曲到極其凶猛的區域裡究竟發生了什麼。

奇點也對我們隱藏著自己。根據宇宙監督假設,每一個由坍縮形成的奇點都被包裹在事件視界之內,所以來自它的任何信號都無法到達外部宇宙。這對物理學是一種安慰,因為這意味著我們無法描述中心,永遠不會破壞我們對一切真正可觀測之物的預測能力。

無窮彎曲的奇點是經典廣義相對論的一個預言,人們普遍相信,一旦理解了量子重力,它將被某種有限的東西取代。它標記的是理論可描述範圍的邊界,而非已被證實的自然特徵。

又稱
gravitational singularity时空奇点