由黑洞想到的一个关于宇宙的认识,同意吗 个人关于黑洞和宇宙的理解,请人指正错误

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若物理定律在某种情形下推出无穷大的物理量(除了时间和长度),物理学家就可以确定这时定律失效了。

推荐一本书<<黑洞与时间弯曲——爱因斯坦的幽灵》(第一推动丛书 第二辑 作者: [美]基普.S.索恩 译者: 李泳 湖南科学技术出版社 )

书里说到,现代物理定律其中一个神奇的地方,就是“定律”可以预言“定律”自身在什么时候、何处失效,例如广义相对论。而判断失效的重要根据就是理论产生无穷大的物理量。

广义相对论一个无法避免的结论就是,存在某种引力强大到任何物质都无法从中逃逸的天体,黑洞。质量足够大的天体核燃料耗尽后,内部的力最终会抵抗不了自身引力的重压而坍缩成黑洞。在黑洞核心,即奇点,广义相对论推导出引力无穷大,时空曲率无穷大,有限质量禁锢到无穷小尺度中,密度无穷大。为什么这个地方叫做奇点,就是因为这里出现了无穷大的物理量,是奇异不可解的,广义相对论在这里失效了。就是说,广义相对论预言了自身在奇点处不适用,奇点需要新的理论来描述以使奇点不“奇”。这就像牛顿力学在强引力和高速运动时失效,需要适用范围更广的广义相对论来描述一样。

补充一下,我不同意sky_o07认为的“越靠近宇宙壁,引力就越趋向于极大值”,引力是没有极大值的,引力加速度原则上可以取任意大的值,不是无穷大就可以。

说回奇点,约翰·惠勒(John Wheeler)(就是上面那本书作者的大学导师,写过广义相对论教科书《引力》,还有黑洞black hole这个词就是他发明的,在他以前黑洞被叫做坍缩星或冻结星)认为在奇点处,需要一种新的引力理论来描述,他称之为量子引力,就是广义相对论和量子力学的统一。

众所周知,广义相对论和量子力学自20世纪以来就是现代物理的两大支柱,可是它们却无法协调,试图将他们完全结合总是推出无穷大的能量密度,所以物理学家普遍认为它们当中至少一个要修改。至今无人成功,因为很难找到一个可以被观察的这样的物理情景,它既须充分考虑广义相对论又得考虑量子效应。广义相对论通常只用于描述宇宙大尺度结构和大质量、强引力情形,量子效应通常只应用于微观粒子(包括真空中的虚粒子对)。霍金(Steven Hawking)尝试过部分结合两大理论,用来考察黑洞视界(就是黑洞边界)边缘外的真空中的虚粒子对。结果就是他那个轰动世界的结论:黑洞并非完全黑的,它会“蒸发”。扯远了,总之就是他统一了两大理论,当然只是部分统一而已。

而约翰·惠勒指出,黑洞奇点处广义相对论和量子力学将无可避免地统一,因为那里同时具备了极强引力、极大质量和极小的微观尺度,广义相对论效应和量子效应都极度重要。量子引力可以描述奇点,奇点不再是奇异的,所有物理量都不是无限的。他也猜测了一下量子引力描述下的奇点该是什么样子,时空结构该如何。可惜无法检验,因为谁也无法观察到奇点,有谁跑去检验也无法发出讯息告诉我们。。。

也有人猜测可能有裸奇点(一般认为黑洞都是由奇点和包裹着奇点的视界组成的,如果没有视界围绕着就叫裸奇点),这样远处的人就可以观察奇点了。多数都认为这不可能,却还没有人有足够的数学能力证明没有裸奇点。

关于宇宙有限无限问题,跟空间曲率有关。其实楼主说到球体,球体的比喻是经常用到的。球体表面是有限无边的,有限,因为表面积有限,无边,因为一只蚂蚁在上面怎么走都不会走到尽头。这样的空间,这里的例子是二维空间球面,曲率是正的,两条刚开始看上去平行的直线最终会相交(例如两条经线从赤道出发时是平行的,却相交于南北极点)。
如果宇宙曲率是正的,那宇宙就是有限无边的,宇宙膨胀会越来越慢到最后开始收缩。如果宇宙曲率是零,那宇宙就是无限无边的,可以用无限大的方格地板比喻,上面的平行线永不相交,宇宙膨胀会越来越慢可是引力减少得较快不足以使膨胀变为收缩,宇宙会永远膨胀下去。如果曲率是负的,可以用无限大的马鞍面比喻,也是无限无边的,平行线不但不相交还离得越来越远,引力根本不足以制止膨胀。

本来想知道宇宙曲率是正或负,理论上不是太难,只要测宇宙的平均密度,平均密度大于某个临界密度就是正的,小于就是负的,临界密度对应着曲率为零的宇宙。理论上简单,实践上很难测得准。这还不太棘手,至少理论上有个标准。 可为什么我说“本来”呢?“本来”物理学家以为宇宙在引力作用下应该减速膨胀,没想到杀出个程咬金,后来才发现是加速膨胀,就是因为暗能量,目前人类还一点都不了解的暗能量。总之物理学家都懵了。。。

是的,我比较同意楼主的想法,因为在天文学和宇宙学里,有太多的这样的无限量存在,所以我也有一个想法,同楼主探讨一下。
现代天文学有一种观点认为:我们的宇宙本身就是一个巨大的黑洞,因为在我们的宇宙内的恒星发出的光,过去、现在、甚至将来,也不会发射到宇宙外面,所以如果有一个人站在我们的宇宙外面来观察,它会认为我们的宇宙是一下巨大的黑洞。
从这里我想到可能我们的宇宙本身就是一个有缺陷的“东西”,它很可能来源于另外一个宇宙的漏洞,正因为它是另外一个宇宙的漏洞,所以我们的宇宙中的数学也不是完美的,这体现在数学对无穷大量和无穷小量,包括对奇点的无法描述上。
所以我有这样的想法,不知道楼主认为如何?

楼主很有见地,另人佩服

宇宙无限诚然是不可想像的,但假设宇宙有限,也要面临很多困难,比如有限的宇宙外面是什么?
假定宇宙外面是没有物质的真空态,那么在这真空态中长度的概念是没有意义的,也就是说我们的宇宙可以被认为被一曾无形的墙壁(以下暂称其为“宇宙壁”)包围着,也就是说类似黑洞的视界.那么这层宇宙壁的外面又是什么?
根据现有知识,越靠近宇宙壁,引力就越趋向于极大值(因为能让光无法逃逸的引力一定是极大的)。也就是说我们在这个宇宙中的人无法靠近宇宙壁,也就无法证明宇宙壁的存在。那么就得依靠宇宙外面的生命体来证明宇宙壁的存在,但假如宇宙外面有生命体,那我们就必须把他归到我们这个宇宙中来,不论他离我们有多远,因为宇宙的概念是一切时间和空间的总和。可见这里出现了一个矛盾,就是宇宙外面是不能有任何物质的,那就没办法能证明宇宙壁的存在,没法证明的理论是不能算其正确的。
再回到黑洞的比喻,楼主的思维方向是正确的,有限的宇宙的确可以在很多方面比喻成黑洞,但你能认为黑洞里的物质是属于另一个宇宙吗?显然不能,即便是黑洞内部的物质(假定物质是有生命的)认为自己属于另一个宇宙,也只能属于一种错觉。(其实一旦把我们的宇宙比喻成黑洞,你的前提已经是承认我们的宇宙是存在于一个更广阔的宇宙中了)
综上所述,宇宙有限的观点,一个是无法证明,一是宇宙外面存在什么,无法想像。
宇宙中的天体为什么多是球形,这在科学上有公认的解释,引力作用下球形是最稳定的,无论存在多少年,形状都不必再改变。

解释宇宙是有限还是无限的出路,也许应该在微观世界找答案,物质到底是不是无限可分,虽然科学家拿出了夸克模型,但我认为夸克远不是够成物质的基础,我认为物质的基础应该是光子(或磁单极子),这一点可从正、反粒子湮没后消失而形成光子来证明,所以核反应中的质量损耗应该是,一部分粒子解体形成了光子。

以上属个人见解,真诚希望和大家多多交流

我不太懂,但是黑洞不是一个物体,是由无限小的物质引起的反映。
不知道对不对

比较楼主和个位高手的言论,我真是很感慨。
对于人类来说宇宙至今仍然是一个迷,用现有的有限的科学知识是无法解释庞大的宇宙的,只有不断探索不断发现才能使我们的眼界开阔起来。各位的这种精神真是值得提倡。

无限小 * 无限大 = ???
无限小无穷叠加后就能是无限大!

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