奇點(diǎn)網(wǎng)，醫(yī)療科技，醫(yī)療商業(yè)。醫(yī)生，醫(yī)療政策。
商業(yè)角度解讀新醫(yī)療演進(jìn)的資訊交流平臺(tái)。科技發(fā)展、商業(yè)模式創(chuàng)新催生的新醫(yī)療健康商業(yè)生態(tài)。奇點(diǎn)網(wǎng)是從科技、關(guān)注由政策變革。
在廣義相對(duì)論中，對(duì)奇點(diǎn)的研究是一個(gè)重要的課題，它既是能量條件最早的應(yīng)用之一，也是全局方法在廣義相對(duì)論中初試鋒芒的范例。在能量條件簡(jiǎn)介的引言中曾經(jīng)提到，廣義相對(duì)論的經(jīng)典解，比如Schwarzschild 解-存在奇異性。這其中有的奇異性 - 比如 Schwarzschild 解中的 r=2m - 可以通過(guò)坐標(biāo)變換予以消除，因而不代表物理上的奇點(diǎn)； 而有的奇異性 - 比如 Schwarzschild 解中的 r=0 -則是真正的物理奇點(diǎn)。很明顯，在奇點(diǎn)研究中，真正的物理奇點(diǎn)才是感興趣的對(duì)象。奇點(diǎn)顯然就是那些時(shí)空結(jié)構(gòu)具有某種病態(tài)性質(zhì) (pathological behavior) 的時(shí)空點(diǎn)。但稍加推敲，就會(huì)發(fā)現(xiàn)這種說(shuō)法存在許多問(wèn)題。首先，“病態(tài)性質(zhì)”是一個(gè)很含糊的概念，究竟什么樣的性質(zhì)是病態(tài)性質(zhì)呢？顯然需要予以*化。其次，廣義相對(duì)論與其它物理理論有一個(gè)很大的差異， 那就是其它物理理論都預(yù)先假定了一個(gè)背景時(shí)空的存在，因此，那些理論如果出現(xiàn)奇點(diǎn) - 比如電磁理論中點(diǎn)電荷所在處的場(chǎng)強(qiáng)奇點(diǎn)，可以明確標(biāo)識(shí)奇點(diǎn)在背景時(shí)空中的位置。但廣義相對(duì)論描述的是時(shí)空本身的性質(zhì)。因此在廣義相對(duì)論中一旦出現(xiàn)奇點(diǎn)，往往意味著時(shí)空本身的性質(zhì)無(wú)法定義。另一方面，物理時(shí)空被定義為帶Lorentz 度規(guī)的四維流形，它在每一點(diǎn)上都具有良好的性質(zhì)。因此，物理時(shí)空按照定義就是沒(méi)有奇點(diǎn)的，換句話說(shuō)， 奇點(diǎn)并不存在于物理時(shí)空中。
既然奇點(diǎn)并不存在于物理時(shí)空中，自然就談不上哪一個(gè)時(shí)空點(diǎn)是奇點(diǎn)，從而也無(wú)法把奇點(diǎn)定義為時(shí)空結(jié)構(gòu)具有病態(tài)性質(zhì)的時(shí)空點(diǎn)了。但即便如此，象 Schwarzschild 解具有奇異性這樣顯而易見(jiàn)的事實(shí)仍然是無(wú)法否認(rèn)的， 因此關(guān)鍵還在于尋找一個(gè)合
物理學(xué)家們對(duì)奇點(diǎn)性質(zhì)所做的研究還有許多，通過(guò)這些例子，對(duì)奇點(diǎn)定義所包含的復(fù)雜性有了一些初步了解， 它的表述雖然簡(jiǎn)單，卻巧妙地包含了難以完整羅列的種種復(fù)雜的時(shí)空類(lèi)型。但另一方面，這個(gè)定義雖然已經(jīng)具有很大的涵蓋性，卻仍不足以包含所有的奇點(diǎn)類(lèi)型。這一點(diǎn)也是由 Geroch 指出的，此人在奇點(diǎn)定理的研究中是可以與Hawking 及 Penrose 齊名的非同小可的人物。1968 年，在提出上述反例的同一篇論文中，Geroch 給出了另外一種時(shí)空，它是但細(xì)致的研究表明，這一描述同樣不足以涵蓋所有的奇點(diǎn)。1968 年R. P. Geroch 給出了一個(gè)共形于Minkowski 時(shí)空的時(shí)空(R4，Ω2ηab)， 其中共形因子Ω2 具有球?qū)ΨQ(chēng)性，在區(qū)域 r>1 恒為1，在 r=0 上滿足t2Ω→0 (t→∞)。顯然 (請(qǐng)讀者自行證明)， 對(duì)于這樣的時(shí)空，類(lèi)時(shí)測(cè)地線r=0 沿t→∞ 具有不完備性，因此這個(gè)時(shí)空流形具有類(lèi)時(shí)測(cè)地不完備性。另一方面，所有類(lèi)光測(cè)地線都將穿越區(qū)域r≤1 而進(jìn)入平直時(shí)空，因而都是測(cè)地完備的。由此可見(jiàn)這一時(shí)空具有類(lèi)時(shí)測(cè)地不完備性，但不具有類(lèi)光測(cè)地不完備性。這個(gè)反例表明奇點(diǎn)并非都能理解為是從時(shí)空中被挖去的點(diǎn) (或點(diǎn)集)。
從奇點(diǎn)到奇點(diǎn)，宇宙的浩瀚，無(wú)法用語(yǔ)言描述，而《時(shí)間簡(jiǎn)史：從大爆炸到黑洞》又為它增添了一層又一層的神秘，當(dāng)然也為霍金追求*真理的頑強(qiáng)靈魂深深折服。他的人格魅力，就如黑色宇宙中的藍(lán)巨星一樣散發(fā)出活力與智慧的光芒。
早在祖先伏羲就開(kāi)始對(duì)了宇宙的研究，直到1905年西方的愛(ài)因斯坦創(chuàng)發(fā)表了廣義相對(duì)論。宇宙的對(duì)科學(xué)家的誘惑從未間歇過(guò)。追溯到過(guò)去，估計(jì)在141億年左右，“四大皆空”都“無(wú)”，發(fā)生了一樁開(kāi)天辟地的大事，一個(gè)體積極小、溫度極高、密度極大的奇點(diǎn)爆炸了，而這個(gè)小小的奇點(diǎn)使宇宙誕生了。
在經(jīng)典廣義相對(duì)論的框架里，證明在很一般的條件下，空間——時(shí)間一定存在奇點(diǎn)，奇點(diǎn)可以看成空間時(shí)間的邊緣或邊界。只有給定了奇點(diǎn)處的邊界條件，才能由愛(ài)因斯坦方程得到宇宙的演化，但是宇宙的邊界只有造物主知道，許多科學(xué)家曾為之廢寢忘食。
霍金為解釋了這個(gè)問(wèn)題，他認(rèn)為宇宙的量子態(tài)是處于一種基態(tài)，空間——時(shí)間可看成有限*四維面，正如地球的表面一樣，只不過(guò)多了兩個(gè)維數(shù)而已。宇宙中的所有結(jié)構(gòu)都可歸結(jié)于量子力學(xué)的測(cè)不準(zhǔn)原理所允許的最小起伏。從一些簡(jiǎn)單的模型計(jì)算可得出和天文觀測(cè)相一致的推論，如星系、恒星等等的成團(tuán)結(jié)構(gòu)，大尺度的各向同性和均勻性，空間——時(shí)間的平性，即空間——時(shí)間基本上是平坦的，并因此才使得星系乃至生命的發(fā)展成為可能，還有時(shí)間的方向箭頭等等。霍金的量子宇宙論使對(duì)宇宙有了系統(tǒng)的研究。
在這之前，科學(xué)家都一致認(rèn)為，在引力吸引下，宇宙必須在膨脹或者在收縮。按照廣義相對(duì)論，宇宙在過(guò)去某一時(shí)刻必須有一無(wú)限密度的狀態(tài)，亦即大爆炸，這是時(shí)間的有效起始。類(lèi)似地，如果整個(gè)宇宙坍縮，在將來(lái)必有另一個(gè)無(wú)限密度的狀態(tài)，即大擠壓，這是時(shí)間的終點(diǎn)。即使整個(gè)宇宙不坍縮，在任何坍縮形成黑洞的局部區(qū)域里都會(huì)有奇點(diǎn)。這些奇點(diǎn)正是任何落進(jìn)黑洞的人的時(shí)間終點(diǎn)。在大爆炸或其他奇點(diǎn)，所有定律都失效，這個(gè)問(wèn)題仍未得到解決。
當(dāng)將量子力學(xué)和廣義相對(duì)論相結(jié)合，似乎產(chǎn)生了以前從未有過(guò)的新的可能性：空間和時(shí)間一起可以形成一個(gè)有限的、四維的沒(méi)有奇點(diǎn)或邊界的空間，這正如地球的表面，但有更多的維數(shù)。看來(lái)這種思想能夠解釋觀察到的宇宙的許多特征，諸如它的大尺度一致性，還有像星系、恒星甚至人類(lèi)等等小尺度的對(duì)此均勻性的偏離。它甚至可以說(shuō)明觀察到的時(shí)間的箭頭。但是如果宇宙是完全自足的、沒(méi)有奇點(diǎn)或邊界、并且由統(tǒng)一理論所完全描述，那么就又怎么去統(tǒng)一宇宙間的數(shù)據(jù)呢？
科學(xué)變得對(duì)哲學(xué)家，或除了少數(shù)專(zhuān)家以外的任何人而言，過(guò)于技術(shù)性和數(shù)學(xué)化了，哲學(xué)家如此地縮小他們的質(zhì)疑的范圍，以至于維特根斯坦說(shuō)道：“哲學(xué)僅馀下的任務(wù)是語(yǔ)言分析。”這是從亞里士多德到康德以來(lái)哲學(xué)的偉大傳統(tǒng)的何等的墮落！
然而，確實(shí)發(fā)現(xiàn)了一套完整的理論，它應(yīng)該在一般的原理上及時(shí)讓所有人（而不僅僅是少數(shù)科學(xué)家）所理解。那時(shí)，所有人，包括哲學(xué)家、科學(xué)家以及普普通通的人，都能參加為何宇宙存在的問(wèn)題的討論。一個(gè)人的努力卻總不能敵過(guò)無(wú)數(shù)人的一個(gè)偶然的成功。如果對(duì)此找到了答案，則將是人類(lèi)理智的最*勝利。
霍金認(rèn)為他一生的貢獻(xiàn)是，在經(jīng)典物理的框架里，證明了黑洞和大爆炸奇點(diǎn)的不可避免性，黑洞越變?cè)酱螅坏诹孔游锢淼目蚣芾铮赋觯诙匆蜉椛涠阶冊(cè)叫。蟊ǖ钠纥c(diǎn)不但被量子效應(yīng)所抹平，而且整個(gè)宇宙正是起始于此。但這些都對(duì)普通人并不那么的重要，能夠看懂了科學(xué)家的理論，盡管不能盡懂，那也許是霍金對(duì)無(wú)數(shù)普通人帶來(lái)的真正意義。
按照霍金的“奇點(diǎn)理論”“黑洞”在“奇點(diǎn)”(即每平方納米的壓力達(dá)到了幾億到幾百億噸之后。奇點(diǎn)只是超大型黑洞上的一個(gè)點(diǎn)，根據(jù)2007年1月美國(guó)VLBA天文網(wǎng)站NRAO觀測(cè)組織所提供的推論，所謂超大型黑洞的質(zhì)量是太陽(yáng)質(zhì)量的幾百萬(wàn)到上千萬(wàn)倍，而根據(jù)太陽(yáng)本身質(zhì)量對(duì)于黑洞質(zhì)量的推算，則超級(jí)黑洞的質(zhì)量密度高達(dá)每個(gè)立方厘米幾十到上百億噸的物質(zhì)密度。前蘇聯(lián)科學(xué)家在上個(gè)世紀(jì)的80年代通過(guò)計(jì)算后認(rèn)為“奇點(diǎn)”處的物質(zhì)密度高達(dá)10^45 噸，而在奇點(diǎn)處的面積是10^-33 平方厘米。而在“奇點(diǎn)”處的物質(zhì)只有10^-5 克質(zhì)量，并且在這個(gè)星胎剛剛爆發(fā)的10^-35 秒的時(shí)間上，溫度達(dá)到了10^16 度（相當(dāng)于1萬(wàn)億億億度），并且這個(gè)時(shí)候，處在這個(gè)空間的宇宙之中只有各種射線，如β以及γ射線等)，各種“輻射”，x射線以及所謂的“反物質(zhì)噴泉”等已經(jīng)無(wú)法把“過(guò)剩的能量”釋放了，爆發(fā)后的溫度也許高得用今天的每秒10萬(wàn)億次的計(jì)算機(jī)統(tǒng)計(jì)都非常困難，爆發(fā)后的10^-43 秒，在用今天的10萬(wàn)億次/秒的電子計(jì)算機(jī)以及5800萬(wàn)噸TNT·當(dāng)量的氫彈實(shí)驗(yàn)都很難描述和統(tǒng)計(jì)的高溫中產(chǎn)生了“密度仍然非常高，而且溫度也極其高”的粒子，在爆發(fā)后的一秒鐘粒子產(chǎn)生時(shí)的“溫度”和“密度”已經(jīng)可以用地球上的10萬(wàn)億次/秒的計(jì)算機(jī)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，也可以用5800萬(wàn)噸TNT當(dāng)量的氫彈實(shí)驗(yàn)，以及高能物理的中子+中子對(duì)撞機(jī)進(jìn)行模擬、描述和推論了。
而不論是宇宙大爆發(fā)10^-43 秒，還是大爆發(fā)的10^-35 秒以及大爆發(fā)的1秒鐘，完全有理由認(rèn)為，這個(gè)時(shí)候的宇宙膨脹速度是光速的平方，此后，宇宙一直以超光速膨脹到中子和質(zhì)子出現(xiàn)的時(shí)候，然后，從中子和質(zhì)子的出現(xiàn)到原子出現(xiàn)的10億年時(shí)間內(nèi)，宇宙一直是在以光速膨脹著，并且不斷地制造著物質(zhì)，這種制造過(guò)程一直到137億年后的今天還在繼續(xù)。根據(jù)史蒂芬·霍金/著，許明賢，吳忠超翻譯的《〈時(shí)間簡(jiǎn)史〉》論述，宇宙在大爆炸之后的一秒鐘的溫度是100億度，這大概是太陽(yáng)中心溫度的1000倍，相當(dāng)于人類(lèi)所進(jìn)行的氫彈爆炸實(shí)驗(yàn)。粒子繼續(xù)在原始“大爆炸”的原始*動(dòng)力下，以光速進(jìn)行著撞擊和碰撞生成了(在宇宙真空中核聚變所產(chǎn)生的動(dòng)力可以非常輕松地使粒子和物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)速度或者撞擊的速度達(dá)到光速的。
地球上高能粒子加速器的管道除了裝有特殊元素所組成的氣體以及同電壓非常高的磁鐵和電源相連接之外，管道一般是真空的，這樣各種粒子以及物質(zhì)就‘能夠被加速到接近光的速度)“中子云”和“質(zhì)子云”，中子云和質(zhì)子云生成時(shí)的宇宙溫度也許仍然相當(dāng)高，中子和質(zhì)子的生成也許花費(fèi)了幾千萬(wàn)年到上億年的時(shí)間；這個(gè)時(shí)候宇宙的膨脹速度也許仍然相當(dāng)于30萬(wàn)公里/秒，否則按照愛(ài)因斯坦的E=MC^2 的公式，原子是無(wú)法在膨脹的宇宙之中通過(guò)中子和質(zhì)子的碰撞而生成的。也許這些仍然具有極其高溫度和能量的的中子云、質(zhì)子云在“撞擊”與“磨擦中”繼續(xù)進(jìn)行著“爆炸與收縮以及能量的大量釋放”，非常類(lèi)似于人類(lèi)所進(jìn)行的“氫彈實(shí)驗(yàn)”，英國(guó)天文物理科學(xué)家霍金認(rèn)為：“奇點(diǎn)”爆發(fā)后的10億年原子生成了。原子產(chǎn)生成后的宇宙溫度也許下降到了-270度左右。根據(jù)《德國(guó)之聲——科學(xué)與技術(shù)節(jié)目》（俄語(yǔ)）的報(bào)道 ，英國(guó)天文科學(xué)家馬麗在通過(guò)長(zhǎng)期的對(duì)于星系中心的觀察后認(rèn)為，星系的中心一般是空的，溫度比宇宙的平均溫度都還要低。（科學(xué)家們之所以認(rèn)為宇宙大爆發(fā)之后，過(guò)了許多時(shí)間，在真空之中充滿了中子+質(zhì)子，這是通過(guò)核試驗(yàn)與核聚變實(shí)驗(yàn)以及對(duì)于恒星和宇宙射線的長(zhǎng)期觀察所得出來(lái)的結(jié)論。
科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)不僅僅發(fā)射出大量的紫外線和中微子而且還發(fā)射出非常大量的高能量的質(zhì)子以及電磁粒子，而早在上個(gè)世紀(jì)的初期英國(guó)科學(xué)家盧瑟福和他的助手就通過(guò)用a粒子轟擊原子核而發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，在上個(gè)世紀(jì)的30年代，德國(guó)物理科學(xué)家海森堡認(rèn)為：原子核之中的中子和質(zhì)子是可以交換電子而結(jié)合在一起的，質(zhì)子在得到了一個(gè)電子之后就變成了中子，而中子在失去了一個(gè)電子之后就變成了質(zhì)子。1932年，盧瑟福的學(xué)生查里威用a粒子去轟擊鈹?shù)脑雍藭r(shí)候發(fā)現(xiàn)了一種不帶電的粒子，這就是中子。中國(guó)科學(xué)家在上個(gè)世紀(jì)的70年代通過(guò)實(shí)驗(yàn)后指出，所謂的a粒子就是核子小集團(tuán)，它們由2個(gè)中子+2個(gè)質(zhì)子所組成。而在2007年1月，中國(guó)科學(xué)院院士葛昌純?cè)谘芯靠煽厥胶司圩兊牟牧蠒r(shí)指出：氘和氚核聚變產(chǎn)生大量的中子和a粒子，以及電磁輻射等。由于實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)結(jié)果同天文物理科學(xué)家們對(duì)于太陽(yáng)輻射性質(zhì)的觀測(cè)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果是完全一致的，所以，可以非常肯定地認(rèn)為太陽(yáng)能量的來(lái)源是核聚變）。
把“幾何學(xué)奇點(diǎn)”、“物理學(xué)奇點(diǎn)”應(yīng)用于宇宙大爆炸理論，即是宇宙“從無(wú)到有的那一點(diǎn)”，這個(gè)既存在又不能描述的一點(diǎn)，即“宇宙大爆炸前的奇點(diǎn)”。由于邊界條件只能由宇宙外的造物主所給 定，所以宇宙的命運(yùn)就操縱在造物主的手中。這就是從牛頓時(shí)代起一直困擾人類(lèi)智慧的*推動(dòng)力的問(wèn)題。參見(jiàn)幾何論中一些奇點(diǎn)論的敘述。舉例：方程式。實(shí)數(shù)中當(dāng)某點(diǎn)看似 "趨近" 至 ±∞ 且未定義的點(diǎn)，即是一奇點(diǎn) x = 0。方程式g(x) = |x|(參見(jiàn)*值)亦含奇點(diǎn)x = 0(由于它并未在此點(diǎn)可微分)。同樣的，在y = x 有一奇點(diǎn)(0，0)，因?yàn)榇藭r(shí)此點(diǎn)含一垂直切線。一個(gè)代數(shù)集合在(x，y)維度系統(tǒng)定義為y = 1/x有一奇點(diǎn)(0，0)，因?yàn)樵诖怂辉试S切線存在。
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