奇点可以发生在任何地方，它们在物理学家用来理解宇宙的数学中出奇地普遍。简而言之，奇点是数学“行为不端”的地方，通常是生成无限大的值。物理学中有很多数学奇点的例子：比如当X变为零时，1X的值就会变为无穷大。

什么是奇点？

在宇宙中的某些地方，我们的物理定律会崩溃。

要理解奇点是什么，想象一下重力将你压缩成一个无限小的点，这样你就不会占据任何体积。这听起来不可能……而且确实如此。这些“奇点”在黑洞中心和大爆炸开始时被发现。

这些奇点并不代表物理上的东西。相反，当它们出现在数学中时，它们告诉我们，我们的物理学理论正在崩溃，我们需要用更好的解释来代替它们。

什么是奇点？

奇点可以发生在任何地方，它们在物理学家用来理解宇宙的数学中出奇地普遍。简而言之，奇点是数学“行为不端”的地方，通常是生成无限大的值。

物理学中有很多数学奇点的例子：比如当 X 变为零时， 1/X 的值就会变为无穷大。

然而，这些奇点中的大多数通常可以通过指出方程缺少某些因素来解决，或者指出在物理上不可能到达奇点。换句话说，它们可能不是“真实的”。

但是物理学中存在不能简单分辨的奇点。最著名的是引力奇点，即出现在爱因斯坦广义相对论(GR) 中的无穷大。

在广义相对论中，奇点有两种：坐标奇点和真奇点。当无穷大出现在一个坐标系中（记录时间和空间分离的特定选择）但在另一个坐标系中消失时，就会发生坐标奇点。

例如，物理学家卡尔·史瓦西 (Karl Schwarzschild) 将广义相对论应用于简单的球形质量系统，例如恒星。他发现解包含两个奇点，一个在正中心，一个在离中心一定距离处，今天称为史瓦西半径。

多年来，物理学家认为这两个奇点都预示着理论的崩溃，但只要球体的半径大于施瓦西半径就无所谓了。物理学家所需要的只是让 GR 预测质量之外的引力影响。

但是如果一个物体被挤压到它自己的史瓦西半径以下会发生什么？然后那个奇点将在客体之外，这意味着 GR 在一个它不应该的区域崩溃。

人们很快发现，史瓦西半径处的奇点是坐标奇点。坐标系的变化消除了奇点，保存了 GR 并使其仍然能够做出有效的预测。

引力奇点发生在何处？

但是球体中心的奇点仍然存在。如果你挤压一个物体使其小于其史瓦西半径，那么它自身的引力就会变得如此强烈，以至于它会继续自己挤压，一直挤压到一个无限小的点。

几十年来，物理学家一直在争论是否有可能坍缩到一个无限小的点，或者是否有其他力能够阻止完全坍缩。

虽然白矮星和中子星可以无限期地支撑自己，但任何大于太阳质量六倍的物体都会有过量的引力，压倒所有其他力并坍缩成一个无限小的点.

什么是裸奇点？

这些就是我们所说的黑洞：一个密度无限的点，被位于史瓦西半径的事件视界包围。事件视界“保护”了奇点，防止外部观察者看到它，除非他们穿过事件视界。

物理学家长期以来一直认为，在 GR 中，所有像这样的奇点都被事件视界包围，这个概念被称为宇宙监督假说——之所以这么命名是因为有人推测宇宙中的某些过程阻止（或“监察”）奇点被可见。然而，计算机模拟和理论工作提出了“裸”奇点的可能性。

裸奇点就是这样：一个没有事件视界的奇点，完全可以从外部宇宙观察到。这种暴露的奇点是否存在仍然是一个颇有争议的话题。

黑洞的中心究竟是什么？

因为它们是数学奇点，没有人知道黑洞的中心到底是什么。为了理解它，我们需要一个超越 GR 的引力理论。具体来说，我们需要一种量子引力理论，可以在非常小的尺度上描述强引力的行为。

修改或取代广义相对论以取代黑洞奇点的假设包括普朗克星（一种高度压缩的奇异物质形式）、引力星（一种由奇异引力支撑的薄物质壳）和暗能量星（一种奇特的真空能量状态，其行为类似于黑洞）。

迄今为止，所有这些想法都是假设性的，真正的答案必须等待量子引力理论。

什么是大爆炸奇点？

假设广义相对论成立的大爆炸理论是宇宙历史的现代宇宙学模型。它还包含一个奇点。在遥远的过去，大约137.7亿年前，根据大爆炸理论，整个宇宙被压缩成一个无限小的点。

物理学家知道这个结论是错误的。尽管大爆炸理论从那一刻起在描述宇宙历史方面取得了巨大成功，就像黑洞一样，奇点的存在告诉科学家，这个理论——同样是 GR——是不完整的，需要更新。

大爆炸奇点的一种可能解决方案是因果集理论。在因果集理论下，时空不像 GR 那样是一个平滑的连续体，而是由离散的块组成，称为“时空原子”。

在英国利物浦大学研究这一主题的物理学家布鲁诺·本托 (Bruno Bento) 说，由于没有什么比这些“原子”中的一个更小，奇点是不可能的。

Bento 和他的合作者正试图用因果集理论取代大爆炸的最早时刻。

在那些最初的时刻之后，“在远处的某个地方，宇宙变得足够大并且‘行为良好’，以至于连续时空近似成为一个很好的描述，GR 可以接管以重现我们所看到的东西。”