第五百五十七章霍金-罗杰·彭罗斯奇点理论

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一位英国著名的数学家、物理学家、宇宙学家、哲学家！如果你之前没有听说过他的大名，现在应该听过了吧。

因为他刚获得了今年的诺贝尔物理学奖，以表彰现年89岁的他，在1965年为证明黑洞存在而做出的杰出贡献。

除了人家现在成了红人以外，主要是他的论文表示：我们的宇宙是在循环，也就是说，我们现在生活的这个宇宙在大爆炸开始之前，还存在一个宇宙。

说的再直白一点，我们现在这个宇宙在加速膨胀。在遥远的未来，宇宙中所有的物质都会衰变为纯能量，包括宇宙中的黑洞也会通过霍金辐射衰变。

宇宙会变得除了存在能量以外空无一物，而且各处的温度相同，这就是我们所说的热寂，这是我们的宇宙未来的命运。

但彭罗斯认为，这样的死寂的宇宙并不是结局，它还有起死回生的机会，这样的宇宙又会经历一次大坍缩，将时空、所有的能量聚集起来，又经历一次大爆炸；

这样的大爆炸又开始诞生了一个新的宇宙。而我们宇宙正是来自于上一个宇宙的结束。

在论文中，彭罗斯指出已经在微波背景辐射中找到了来自上一个宇宙特征证据，6个直径相当于8月球直径、温度稍高的点，这些点被称为“霍金点”。

为啥又跟霍金扯上了关系，因为这些点是黑洞增发完以后留下的印记，而黑洞会蒸发掉这一理论是由霍金提出的，也被称为霍金辐射。

我们知道一个黑洞要想蒸发掉所需要的时间比我们宇宙的年龄要长很多，而且霍金辐射的温度也非常低，比微波背景辐射的温度还要低，因此就到了霍金辐射无法被观测证实。

而彭罗斯在论文中指出，上一个宇宙中存在的黑洞蒸发完留下的印记可以被观测到，这不仅可以证明好友霍金是对的，也可以证明它的循环宇宙说也是正确的。

这个想法相当的大胆、且具有争议，跟我们现在主流的宇宙学理论相违背，而且也跟目前我们对宇宙未来的预测结论不符。

因此就成为了各大媒体的头条，以及科学界议论的话题。

那么彭罗斯的理论主要与哪些已经被认可的理论相违背呢那么彭罗斯的想法有多大的几率是正确的呢

首先在彭罗斯的想法中依然有我们熟知的大爆炸理论，这一点没有变，只是对宇宙的起源方式，也就是大爆炸那个炙热、稠密状态的来历，提出了不同的看法，认为它来自于以前已经存在，且已经死寂的宇宙。

就像上图中的情形，一个宇宙诞生、然后扩张到死寂，然后再收缩，在经历大爆炸，在诞生一个新宇宙，在这个宇宙中会留下上一个宇宙的印记，如霍金点，再经历以上的循环...

彭罗斯的这个想法就取代了目前宇宙学理论中大爆炸之前宇宙的一个状态：暴涨阶段。

这个阶段是1980年代由美国科学家，阿伦古斯提出来的，主要是解决宇宙大爆炸状态的来历，以及大爆炸理论在当时无法解决的问题。

宇宙大爆炸理论是上世纪宇宙学最伟大的成就，是人类对宇宙起源第一次最为深刻的理解，它来源于我们发现了宇宙在膨胀，以及爱因斯坦的相对论给我们塑造的时空观。

这难免会让我们得出这样的结论：宇宙有一个起源，且在早期的宇宙温度极高、密度极大！这样的理论一开始并不被所有人接受，因为一个有起源的宇宙让无神论者总是感觉心里不舒服。

但是随着我们更多证据的发现，大爆炸理论无疑成为了解释宇宙最成功的理论。因为我们在上世纪的69年代，发现了充满全天空的微波背景辐射，且它的能量谱跟黑体辐射完全一致。

这个发现跟大爆炸理论所预言的“原始火球”相一致。除此之外，我们通过对早期宇宙没有被任何恒星污染过的原始气体云进行观测分析，得出了早期宇宙的元素组成以及比例。

这个发现也跟大爆炸理论提出的核合成相一致。因此大爆炸理论就成为了解释宇宙最好的理论，并且被所有的科学家所接受。因为其他的所有理论都无法解释以上的观测和发现。

但是大爆炸理论也有它无法解释的现象：

我们口中所说的充满热物质、高能辐射、且在膨胀的宇宙（热大爆炸状态），是怎么来的

如果现在的宇宙在膨胀，那么过去的宇宙就无限小、密度无限大、温度无限高，因此会诞生出一个我们无法理解的奇点，在一个温度不受限制的宇宙，就会诞生出奇异粒子，如：磁单极子、大统一粒子，为什么我们今天没有在宇宙中发现这些粒子呢

通过对微波背景辐射更为精确的测量，我们发现宇宙在各个方向上温度都是大致相同的，也就是我们所说的各项同性。要知道宇宙现在的尺度达到了数百亿光年，且膨胀超过了光速，那么这些区域在无法进行任何信息交流的情况下，是如何保证各处的温度基本一致的

我们通过对宇宙空间曲率的测量发现可观测宇宙的曲率跟平坦的结构无法区分，为什么宇宙是平坦的，而不是存在正曲率或者是负曲率

以上的三个问题，分别被称为高能粒子难疑、热平衡难疑、平坦难疑！大爆炸理论本身对这些问题无法做出回答。

所以为了对大爆炸理论做出补充，因此就出现了暴涨理论。也就是在大爆炸之前宇宙存在一个没有任何物质、空间中只有真空能量的指数膨胀阶段。

一个指数膨胀的宇宙就解释以上的所有问题，并且对宇宙的能量做出了限制，并非是无限高，所以一些奇异粒子不能产生、或者是量非常少，且指数膨胀的宇宙可以将他们稀释到我们无法发现的程度。

一个指数膨胀的宇宙也会在很短的时间内将宇宙的曲率拉伸到平坦的状态，也许整个宇宙真的存在一些正曲率或者是负曲率，但在我们看来就是平坦的，这就跟我们站在地球上一样，其实地球是球，但我们看到的地球是平的。

一个指数膨胀的宇宙也能将曾经存在联系、可以交换信息的空间，在很短的时间内拉伸到非常大的范围，使得现在我们在地球上看来，各个方向上温度都一样，这是因为它们曾经交换过信息。

所以暴涨理论不仅对大爆炸理论做出了扩展，解释了大爆炸理论无法解释的问题，也预言了在微波辐射中存在的密度波动。这是由于真空能量的波动引起的，物质分布稍微的不均匀。

因此暴涨理论是一个完整且成熟的理论，已经被科学界所认可。

而彭罗斯最新发表的论文正是想要取代暴涨理论，这引起了很多科学家的怀疑、质疑。并不是科学家不接受新的理论，而是彭罗斯所认为的在微波背景辐射中发现的“上一个宇宙”存在的证据霍金点，在很多科学家看来并不可靠，它的数据分析有误，且观测结果没有可重复性。

而且也有很多科学家给彭罗斯指出了这一点，但他就是坚持自己的想法，为什么呢

因为彭罗斯在近10年来，一直都不相信暴涨理论，不相信在大爆炸之前存在一个指数膨胀的宇宙，而他更相信一个循环的宇宙。

这套理论虽然很美，但是估计是错误的，这会给他的科学之路上留下瑕疵。

不过，我们也不能一棒子把人家敲死，因为在彭罗斯根据广义相对论认为宇宙中存在黑洞的时候，就连爱因斯坦也不相信，认为黑洞只是数学上的把戏，而非物理现实。

但真实的情况是，彭罗斯是正确的。也许他这次也是正确！如果真的正确，那么我们的宇宙学模型将会彻底的天翻地覆，我们的宇宙观也将被彻底的刷新，一个循环的宇宙，一个从生到死再到生的宇宙，让人觉得可怕。

我们已经看到，物体一但被黑洞吞噬就无法逃脱。但另一方面，也存在一些可以提取黑洞部分能量的机制。其中一个是让两个黑洞并合。合并过程可能伴随大量的引力波辐射，其总能量可以占到原来两个黑洞静质量（能量）的很大一部分。另外一个机制则是让一个粒子落入旋转黑洞视界附近的区域。这个粒子分裂为两个粒子，一个落入黑洞，另一个携带着比初始粒子更多的能量逃离黑洞，飞往无穷远处。黑洞的旋转能量就以这种方式转移给了黑洞外面的粒子。

现在，让我们考虑黑洞内部的情形以及时空奇点的存在。因为“奇点”是物理理论失效的区域，有趣的是，广义相对论预言了自己的失效。或许我们不用太惊奇，因为我们仅将广义相对论作为一个经典理论处理。可以预期当时空曲率变得足够巨大时，量子效应必然会占主导地位。当时空曲率半径小到10-13厘米（大约是一个基本粒子的半径）时，现有的粒子物理理论必然会失效。如果时空曲率半径小到10-33厘米，那么对时空结构本身，我们也必须考虑量子效应。目前，还没有令人满意的理论能把量子力学应用到时空上。

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第五百五十七章 霍金-罗杰·彭罗斯奇点理论

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