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  • 2021-05-24 发布

高中物理 第6章 相对论与天体物理 第3节 广义相对论初步 奇点素材 鲁科版选修3-4(通用)

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奇点 ‎ 回顾从亚里士多德到牛顿再到爱因斯坦的科学发展进程,可以体会到,任何物理理论都有自己的成功和失败的地方,或者有效和无效的范围。解决老问题和提出新问题,往往是一个理论的两个方面。牛顿解决了许多亚里士多德没有解决的问题,但也留下了自己的困难。爱因斯坦解决了牛顿理论中的许多困难,但也带来了新的问题。‎ 爱因斯坦广义相对论中最大问题之一是奇点。在黑洞解中有奇点,在宇宙学中也有奇点。引力坍缩的最终结局是奇点;大爆炸的起始点,也是一个奇点。‎ 奇点具有一系列奇异的性质,无限大的物质密度,无限大的压力,无限弯曲的时空等等。此外,在奇点处,一切形式的因果关系都消失了,奇点使我人既不能谈过去,也不能预言未来。 有一段时间里,物理学家相信,奇点也许只是数学形式上带来的东西,实际上是可以避免的。如果不用完全对称的几何结构,也许就没有奇点。但是七十年代以来,霍金和潘罗西证明,在广义相对论中,奇点是一个普遍的不可避免的东西。当把广义相对论应用到宇宙学时,必然会出现奇点,就象牛顿力学在宇宙学中不可避免地要 碰到某种无限大一样。‎ 牛顿体系中某些不合理的无限大,说明了牛顿理论在一定条件下就不再适用,广义相 对论中奇点的不可避免,可能也是广义相对论局限性的一种表现。爱因斯坦本人也是这样来看这些奇点的意义的。他说:“人们不可假定这些方程对于很高的场密度 和物质密度仍然是有效的,也不可下结论说膨胀的起始就必定意味着数学上的奇点。总之,我们必须明白,这些方程不可扩展到这样的的一些区域中去。”因此,我们必须去寻求可以扩展到这样的区域中去的理论。‎ 在爱因斯坦之后,人们主要从两方面发展爱因斯坦的理论,一是把广义相对论和量子论结合起来,一是把广义相对论与其它的基本相互作用统一起来。‎