裸露的奇点

J罗伯特奥本海默和其他人证明，黑洞能够形成

    可惜，宇宙监察假设至今未被证明。由于找不到宇宙监察假设能够应用于所有情况的直接证据，我们不得不踏上一条更漫长的探索之路——将初步分析中没有考虑到的特征逐一添加到理论模型之中，对不同的恒星引力坍缩过程进行细致的案例分析。1973年，德国物理学家汉斯于尔根塞弗特（Hans Jürgen Seifert）及其同事分析了恒星密度不均匀的情况。有趣的是，他们发现不同的物质层在坍缩下落过程中相互交错，会产生出没有视界遮掩的、持续时间很短的奇点。不过奇点也分很多种，这些奇点算是相当“良性”的。尽管在某个位置密度变得无穷大，引力强度却仍然有限，因此这个奇点不会将物质和下落的物体挤压成一个体积无穷小的点。广义相对论不会在这里崩溃，物质会穿过这个位置继续下落，而不会在这里抵达终点。

    1979年，美国加利福尼亚大学圣巴巴拉分校的道格拉斯M厄德利（Douglas M. Eardley）和伊利诺伊大学香槟分校的拉里斯马（Larry Smarr）更进了一步，对一颗恒星的坍缩过程进行了数值模拟，这颗恒星的密度分布与真实恒星无异——中心处密度最高，越靠近表面密度越低。1984年，瑞士苏黎世联邦理工学院的季米特里奥斯赫里斯托祖卢（Demetrios Christodoulou）完成了这种情况下恒星坍缩的严格数学推导。这两项研究都发现，这颗恒星的体积会收缩到零，最终形成一个裸奇点。不过这个模型仍然没有考虑气体压强，当时在英国约克大学工作的理查德PAC纽曼（Richard P.A.C. Newman）也证明，那个奇点的引力强度仍然不强。

    受到这些发现的启发，包括我在内的许多研究人员试图严格归纳出一套定理，证明裸奇点的引力强度总是很弱。可惜，我们又没有成功。失败的理由很快就浮出水面：裸奇点的引力强度并不总是很弱。我们发现，一些不均匀坍缩过程可以产生真正的强引力奇点，能够将物质挤压到无形，并且外界观测者仍然可以看到这些奇点。1993年，我和当时就职于印度亚格拉大学（Agra University）的因德雷斯德维韦迪（Indresh Dwivedi）合作，发展出一套不考虑气体压强的恒星坍缩通用分析方法，最终证实了上述观点。

    20世纪90年代初，物理学家开始考虑气体压强的作用。以色列理工学院（Technion-Israel Institute of Technology）的阿莫斯奥里（Amos Ori）和耶路撒冷希伯来大学（Hebrew University of Jerusalem）的茨维皮兰（Tsvi Piran）进行了数值模拟，我的研究团队则从数学上严格求出了相关方程的解，两项研究的结论都是：密度－压强关系遵从真实物理定律的恒星会坍缩形成裸奇点。大约同一时期，意大利米兰理工大学（Polytechnic University of Milan）的朱利奥马利（Giulio Magli）和日本大阪市立大学（Osaka City University）的中尾贤一（Kenichi Nakao）各自带领研究小组，考虑了一颗坍缩恒星内部由粒子旋转产生的某种压强。他们同样证明，在许多情形下，坍缩最终会形成一个裸奇点。

    这些研究分析的恒星都是完美球体。这个限制条件看似十分严格，实际上却并非如此，因为自然界中大多数恒星的形状都非常接近完美球体。要说形状因素有影响的话，球状恒星其实比其他形状的恒星更有利于事件视界的形成，因此，如果宇宙监察假说对球状恒星都无法成立，它的前途似乎就大大不妙了。尽管如此，物理学家仍然在不懈地探索非球状恒星的坍缩。1991年，美国伊利斯伊大学的斯图尔特L夏皮罗（Stuart L. Shapiro）和康奈尔大学的绍尔A托伊科尔斯基（Saul A. Teukolsky）进行了数值模拟，表明椭圆形的恒星可以坍缩成一个奇点。几年后，我和波兰科学院的安杰伊克鲁拉克（Andrzej Królak）合作研究了非球对称坍缩，结果同样产生了裸奇点。必须指出的是，这两项研究都没有考虑气体压强。

    一些持怀疑态度的人已经提出质疑：这些裸奇点会不会是人为设计的结果。如果对这些模型中恒星的初始性质稍加改动，坍缩过程是不是就会完全不同，最终形成一个事件视界遮蔽那个奇点？果真如此的话，裸奇点可能就是计算过程中采用近似方法而造成的人为假象，并不会真正在自然界中形成。一些涉及物质异常形态的模型确实对初始条件非常敏感。不过到目前为止，我们的研究结果证明，大多数裸奇点在初始条件细微改变之后仍然稳定存在。因此，这些坍缩模型在物理学上似乎站得住脚——也就是说，裸奇点并不是人为设计的结果。