你是否真正了解“奇點”呢？

奇是奇怪的奇，在黑洞的中心，宇宙大爆炸的零時刻，都是一個奇點。注意啊，有些人會把這個奇點念成 ji 點，就是奇、偶的奇。跟大家說，這個念法肯定是錯的。

01 50%的人會讀錯

因為“奇點”這個詞是來源于數(shù)學的，在數(shù)學家中，沒人會把奇點念成 ji 點，因為奇點是數(shù)學上一個無法定義的點，在數(shù)學術語中，這個點被稱為“病態(tài)點”，也就是數(shù)學方程失效的地方。廣義相對論也是一個數(shù)學方程，這個數(shù)學方程失效的點就是宇宙學中的奇點，因此，所謂的“奇點”，翻譯成人話就是：廣義相對論拿它沒辦法的一個點。

但人類目前掌握的最好的理論就是廣義相對論了，這就是為什么奇點包含了多少物質，人類最好的宇宙學家也說不上來的原因。那怎么辦呢？那就需要等到比廣義相對論更好的理論出來，或許就能處理奇點問題了。比如說，現(xiàn)在正在發(fā)展中的量子引力理論以及其他還不夠成熟的理論。

可能你會問：為什么在廣義相對論中無法處理的點，換個理論或許就能處理了？

別著急，我給你舉個例子，你就能理解了。

02 第一次有人把奇點講清楚了

比如說，我們地球上的每個位置都能用經緯度來表示，比如，我現(xiàn)在所處的上海，大約是北緯 31 度，東經 121 度，我們平時用 GPS 導航，也都是依賴于經緯度這個地理坐標來標記地理位置的。但你有沒有想過一個問題：南極點和北極點的經緯度坐標是多少呢？

你應該發(fā)現(xiàn)了，南極和北極點只能標記維度坐標，就是北緯 90 度或者南緯 90 度，但經度坐標沒了，因為所有的經線都收攏在一個點上，你可以說沒有經度，也可以說是任意經度。換句話說，我們現(xiàn)在用的這套經緯度坐標系統(tǒng)，在南極點和北極點失效了，這兩個點對于經緯度坐標系統(tǒng)來說，就是一個病態(tài)點，就是奇點。

但問題是，地球其實就是一個標標準準的球體啊，一個球體表面上，所有的點都是平權的，并沒有任何一個點是特殊的。你想想是不是這樣，你把經線、緯線都擦掉，一個標準的圓球，它表面上的點有差異嗎？顯然沒有差異。

因此，南極點和北極點這兩個病態(tài)的奇點它其實是因為我們人為設計了這么一套經緯坐標系統(tǒng)而產生的，地球本身并沒有任何病態(tài)的點。

你理解了這個道理，再來思考宇宙中的奇點，也就是黑洞的中心或者宇宙大爆炸的零時刻吧。它們很可能也就是像地球的極點一樣，是被我們的理論人為定義出來的病態(tài)點，只要換個理論，或者說換個視角去看待宇宙，這兩個奇點也就不存在了，我們就能計算和處理黑洞中心或者宇宙大爆炸零時刻的奇點了。

但我們也只能說，或許是這樣，真的是不是這樣，在更好的物理理論出來之前，有誰知道呢？我有個大膽的猜測，或許解決這個問題的不再是人類，而是 AGI，我們人類現(xiàn)在認為幾乎無解的難題，或許 AGI 很快就能回答了，誰知道呢？

03 138 億不再是標準答案？

我們繼續(xù)來講宇宙存在多久，也就是年齡問題。

我估計，如果我問你們，宇宙的年齡是多少？屏幕前的你們可能都能隨口回答上來吧，137 億年或者 138 億年。回答 137 億年的，答案來自于 10 多年前出的科普書，如果是最近 10 年來出的科普書，一般都會修正為 138 億年。其實誤差相差個 1 億年，真沒什么大關系，說 137 也好，138 也好，沒有啥本質的區(qū)別。

很長時間以來，人們普遍認為宇宙年齡約為138億年

但是，很多人不知道，大約是從 2016 年開始，關于宇宙年齡的問題在天文學界突然掀起了巨大的波瀾，這個古老的原本以為早就被解決的問題，現(xiàn)在，甚至都已經成了宇宙學研究領域中最受關注的前沿問題之一了。現(xiàn)在，宇宙的年齡又冒出來一個新的數(shù)字，也就是 125 億到 130 億年間，與 138 億年相比，誤差一下子擴大了 10 億年左右。

1922 年已知宇宙的大小 VS 現(xiàn)在已知的宇宙大小

要理解這是怎么回事，必須講一個 long story，你需要有點耐心，我直接說答案，你可能很難聽明白。首先，我們要學習一個宇宙學中最重要的概念，就是哈勃常數(shù)。

04 哈勃與哈勃常數(shù)

這是以美國天文家埃德溫·哈勃命名的一個常數(shù)。在宇宙學中一般用 H0 表示。它的定義非常簡單，就是：一個距離我們 100 萬秒差距的星系，相對于我們的退行速度是多少。

秒差距是一種天文上表示距離的單位，你可能知道天文上表示距離最常見的單位是光年，1 光年就是表示光走過一年的距離。而 1 秒差距約等于 3.26 光年。換句話說，秒差距是一個比光年還大的單位，這是天文學中最大的距離單位了。

我估計大多數(shù)人不知道秒差距這個單位是怎么來的，實際上這里的秒，指的不是時間上的 1 秒鐘，而是角度單位 1 秒，在角度單位中，1 度等于 60 分，1 分等于 60 秒，這個容易和時間單位搞混，所以，如果要說得嚴謹點的話，就要用弧秒和角秒。秒差距完整地說就是弧秒差距或者角秒差距。

“秒差距”這個單位來自于三角視差法測量距離。1 秒差距的定義是：在地球繞太陽公轉的近日點和遠日點，分別從地球上觀測某個天體，當這個天體相對于我們的視差角為1角秒時，該天體到地球的距離。

關于時差角的定義如圖，這里的 p 就是視差角。

好，我們回到哈勃常數(shù)上來。一個距離我們 100 萬秒差距的星系，相對于我們的退行速度就是哈勃常數(shù)。換一個大多數(shù)人更容易理解的說法就是，一個距離我們 326 萬光年的星系，遠離我們的運動速度是多少。

這個常數(shù)之所以用哈勃的名字命名，就是因為這是埃德溫·哈勃在上世紀三十年代的重大發(fā)現(xiàn)。他發(fā)現(xiàn)，幾乎所有的星系都在遠離地球而去，而且，距離我們越是遙遠的星系，相對我們的退行速度也就越快。退行的速度與距離呈線性的正比例關系。這也被稱作哈勃定律。

埃德溫哈勃

舉個例子來說，現(xiàn)在有一個 A 星系距離我們 100 萬秒差距，那么，他相對于我們的退行速度就是 H0（0 應為右下標） ，現(xiàn)在，如我們又觀測到一個 B 星系，它到地球的距離是 200 萬秒差距，他們根據哈勃的發(fā)現(xiàn)就可以推斷出，B 星系的退行速度是 2H0 。就是這么一個簡單的正比例關系。如果我們寫成數(shù)學公式，就是這樣：

v = H0 d (d 的單位是百萬秒差距)

哈勃從上世紀三十年代開始，就一直在美國的威爾遜山天文臺，利用當時世界上最大的胡克望遠鏡來觀測星系，計算這個哈勃常數(shù)的值，他經過長年累月的觀測，他當時得出的哈勃常數(shù)的數(shù)值大約是 50（km/s/mpc）。

有意思是，計算出了哈勃常數(shù)的數(shù)值，就相當于計算出了宇宙的年齡，這只是一個簡單的換算關系。你可能一下子沒想明白哈勃常數(shù)和宇宙年齡之間的關系。我給你做一個非常簡單的數(shù)學推導，你就明白了。

真的不太難哦

……

假設現(xiàn)在有一個星系離我們的距離是 d，

它相對于我們的退行速度是 v，

求它在多久以前和我們的距離是 0。

這個好算吧，根據速度的定義，

速度等于距離除以時間，

那么時間就等于距離除以速度。

所以

t = d / v

然后根據哈勃常數(shù)的定義：v = H0d

我們把 v 替換成 H0d 可得

t = d / H0d

發(fā)現(xiàn)沒，兩個 d 剛好抵消，所以

t = 1 / H0

換句話說，宇宙中的任意一個星系，

都在 1/H0 秒之前和我們的距離是零，

這不就是宇宙大爆炸的時刻嘛。

我們來算一下，如果哈勃常數(shù)是 50，宇宙的年齡是多少？

首先，我們取 50 的倒數(shù)

1/50 = 0.02

想一想，這個 0.02 的單位是什么？

肯定不是年，也不是秒對吧，

因為宇宙的年齡可能是 0.02 年，

也不可能是 0.02 秒嘛。

我們需要做一個單位轉換，

這在物理學中叫量綱分析。物理學中的所有單位

都可以化為 7 個最基本的國際單位。

比如，H0的單位是 km/s/mpc ,

mpc 其實是一個距離單位，

距離單位的量綱就是 km，

因此我們可以把 mpc 寫成 km 的形式。

1mpc ≈ 326萬光年 ≈ 3 x 10 的19 次方 km

所以，H0 的單位也就是

km/s/3 x 10 的19 次方 km = 1 / 3 x 10 的19 次方 (s)

所以，如果哈勃常數(shù)是 50，

那么宇宙的年齡就是

t = 1 / H0 = 3 x 10 的19 次方 / 50

= 0.06 x 10 的19 次方 (s)

≈ 190 億年

05 終于測得宇宙的年齡

當哈勃發(fā)現(xiàn)了哈勃定律，又計算出了哈勃常數(shù)后，真的特別高興，因為他居然推算出了宇宙的年齡，這是多么偉大的一個成就啊，哈勃也因此在天文學界贏得了巨大的聲望，說他是當時的世界天文學第一人也毫不為過。

測量出了哈勃常數(shù)，就等于測量出了宇宙的年齡。不過，這里要補充一句，在哈勃之后，天文學家們又發(fā)現(xiàn)了現(xiàn)在的宇宙并不是勻速膨脹的，而是加速膨脹的，并且在宇宙的歷史上，宇宙膨脹經歷過先減速再加速的一個過程，但總體上，這些加減速的數(shù)值相對都不大，因此宇宙的年齡依然可以近似地等于哈勃常數(shù)的倒數(shù)，只是要在此基礎上再做一點微調即可。

當然，連哈勃自己也知道，以它的觀測條件來說，計算出來的哈勃常數(shù)肯定是不夠精確的。于是，一代又一代搞觀測的天文學家就致力于把哈勃常數(shù)推向更高的精確度。

然而，隨著測量方法的改進和測量精度的不斷提高，天文學家們越來越驚訝，大約從 2016 年開始，天文學界突然開始意識到，一個巨大的宇宙謎題就像烏云一樣籠罩在人類科學家的頭頂，這種感覺頗有點像 20 世紀初，籠罩在物理學家頭頂?shù)哪莾啥錇踉啤e心急，聽我慢慢講。