奇点
时空无限弯曲的那一个点
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奇点（英语：Singularity），也称为引力奇点、时空奇点，是物理学中的一个概念，它存在于黑洞的中心，它是一个在无限小的空间中包含巨大质量的一维点，在那里密度和引力变得无限大，时空无限弯曲，所有的物理定律不再有效。[1][3]根据定义，奇点不再是常规时空的一部分，不能通过“地点”或“时间”来确定。引力奇点存在于广义相对论和量子力学之间的交界处。[4][5]
广义相对论预测，任何物体在超过某个点（对于恒星来说，这个点就是史瓦西半径）后都会缩形成一个黑洞，黑洞内部会形成一个奇点（被事件视界覆盖）。[5]彭罗斯-霍金奇点定理（Penrose–Hawking singularity theorems）将奇点定义为具有不能以平滑方式扩展的测地线。[6]而这种测地线的终点被认为是奇点。[6]2023年，罗伊·克尔（Roy Kerr）提出数学论据，认为奇点在物理上不应该存在。[7][8]
现代理论预测，奇点可以是宇宙大爆炸之前的形式，也是超级恒星坍缩成的黑洞内部的一个点。[9][10]在这种情况下，宇宙并没有坍缩成黑洞，因为目前已知的引力坍缩的计算和密度限制通常基于相对恒定大小的物体，如恒星，不一定以同样的方式适用于大爆炸等快速膨胀的空间。广义相对论和量子力学目前都无法描述大爆炸的最早时刻[11]，但总的来说，量子力学不允许粒子占据小于其波长的空间。[12]有些物理学家认为奇点可能是另一个宇宙的开始，当这个宇宙产生时，物理规律会得到恢复。[3]奇点的类型分为圆锥形、弯曲形和裸奇点。[13][14][15]
奇点的性质包括体积无限小、密度无限大、引力无限大、时空曲率无限大等。[2]这些特性使得奇点成为理解宇宙和物理定律的一个关键点。例如，根据广义相对论，宇宙的膨胀是从奇点开始的，这表明奇点在宇宙学中具有重要意义。[16]