“奇点”的“奇”正确读法是什么？宇宙年龄竟不是138亿年？

你是否真正了解“奇点”呢？

奇是奇怪的奇，在黑洞的中心，宇宙大爆炸的零时刻，都是一个奇点。注意啊，有些人会把这个奇点念成 ji 点，就是奇、偶的奇。跟大家说，这个念法肯定是错的。

01 50%的人会读错

因为“奇点”这个词是来源于数学的，在数学家中，没人会把奇点念成 ji 点，因为奇点是数学上一个无法定义的点，在数学术语中，这个点被称为“病态点”，也就是数学方程失效的地方。广义相对论也是一个数学方程，这个数学方程失效的点就是宇宙学中的奇点，因此，所谓的“奇点”，翻译成人话就是：广义相对论拿它没办法的一个点。

但人类目前掌握的最好的理论就是广义相对论了，这就是为什么奇点包含了多少物质，人类最好的宇宙学家也说不上来的原因。那怎么办呢？那就需要等到比广义相对论更好的理论出来，或许就能处理奇点问题了。比如说，现在正在发展中的量子引力理论以及其他还不够成熟的理论。

可能你会问：为什么在广义相对论中无法处理的点，换个理论或许就能处理了？

别着急，我给你举个例子，你就能理解了。

02 第一次有人把奇点讲清楚了

比如说，我们地球上的每个位置都能用经纬度来表示，比如，我现在所处的上海，大约是北纬 31 度，东经 121 度，我们平时用 GPS 导航，也都是依赖于经纬度这个地理坐标来标记地理位置的。但你有没有想过一个问题：南极点和北极点的经纬度坐标是多少呢？

你应该发现了，南极和北极点只能标记维度坐标，就是北纬 90 度或者南纬 90 度，但经度坐标没了，因为所有的经线都收拢在一个点上，你可以说没有经度，也可以说是任意经度。换句话说，我们现在用的这套经纬度坐标系统，在南极点和北极点失效了，这两个点对于经纬度坐标系统来说，就是一个病态点，就是奇点。

但问题是，地球其实就是一个标标准准的球体啊，一个球体表面上，所有的点都是平权的，并没有任何一个点是特殊的。你想想是不是这样，你把经线、纬线都擦掉，一个标准的圆球，它表面上的点有差异吗？显然没有差异。

因此，南极点和北极点这两个病态的奇点它其实是因为我们人为设计了这么一套经纬坐标系统而产生的，地球本身并没有任何病态的点。

你理解了这个道理，再来思考宇宙中的奇点，也就是黑洞的中心或者宇宙大爆炸的零时刻吧。它们很可能也就是像地球的极点一样，是被我们的理论人为定义出来的病态点，只要换个理论，或者说换个视角去看待宇宙，这两个奇点也就不存在了，我们就能计算和处理黑洞中心或者宇宙大爆炸零时刻的奇点了。

但我们也只能说，或许是这样，真的是不是这样，在更好的物理理论出来之前，有谁知道呢？我有个大胆的猜测，或许解决这个问题的不再是人类，而是 AGI，我们人类现在认为几乎无解的难题，或许 AGI 很快就能回答了，谁知道呢？

03 138 亿不再是标准答案？

我们继续来讲宇宙存在多久，也就是年龄问题。

我估计，如果我问你们，宇宙的年龄是多少？屏幕前的你们可能都能随口回答上来吧，137 亿年或者 138 亿年。回答 137 亿年的，答案来自于 10 多年前出的科普书，如果是最近 10 年来出的科普书，一般都会修正为 138 亿年。其实误差相差个 1 亿年，真没什么大关系，说 137 也好，138 也好，没有啥本质的区别。

很长时间以来，人们普遍认为宇宙年龄约为138亿年

但是，很多人不知道，大约是从 2016 年开始，关于宇宙年龄的问题在天文学界突然掀起了巨大的波澜，这个古老的原本以为早就被解决的问题，现在，甚至都已经成了宇宙学研究领域中最受关注的前沿问题之一了。现在，宇宙的年龄又冒出来一个新的数字，也就是 125 亿到 130 亿年间，与 138 亿年相比，误差一下子扩大了 10 亿年左右。

1922 年已知宇宙的大小 VS 现在已知的宇宙大小

要理解这是怎么回事，必须讲一个 long story，你需要有点耐心，我直接说答案，你可能很难听明白。首先，我们要学习一个宇宙学中最重要的概念，就是哈勃常数。

04 哈勃与哈勃常数

这是以美国天文家埃德温·哈勃命名的一个常数。在宇宙学中一般用 H0 表示。它的定义非常简单，就是：一个距离我们 100 万秒差距的星系，相对于我们的退行速度是多少。

秒差距是一种天文上表示距离的单位，你可能知道天文上表示距离最常见的单位是光年，1 光年就是表示光走过一年的距离。而 1 秒差距约等于 3.26 光年。换句话说，秒差距是一个比光年还大的单位，这是天文学中最大的距离单位了。

我估计大多数人不知道秒差距这个单位是怎么来的，实际上这里的秒，指的不是时间上的 1 秒钟，而是角度单位 1 秒，在角度单位中，1 度等于 60 分，1 分等于 60 秒，这个容易和时间单位搞混，所以，如果要说得严谨点的话，就要用弧秒和角秒。秒差距完整地说就是弧秒差距或者角秒差距。

“秒差距”这个单位来自于三角视差法测量距离。1 秒差距的定义是：在地球绕太阳公转的近日点和远日点，分别从地球上观测某个天体，当这个天体相对于我们的视差角为1角秒时，该天体到地球的距离。

关于时差角的定义如图，这里的 p 就是视差角。

好，我们回到哈勃常数上来。一个距离我们 100 万秒差距的星系，相对于我们的退行速度就是哈勃常数。换一个大多数人更容易理解的说法就是，一个距离我们 326 万光年的星系，远离我们的运动速度是多少。

这个常数之所以用哈勃的名字命名，就是因为这是埃德温·哈勃在上世纪三十年代的重大发现。他发现，几乎所有的星系都在远离地球而去，而且，距离我们越是遥远的星系，相对我们的退行速度也就越快。退行的速度与距离呈线性的正比例关系。这也被称作哈勃定律。

埃德温哈勃

举个例子来说，现在有一个 A 星系距离我们 100 万秒差距，那么，他相对于我们的退行速度就是 H0（0 应为右下标） ，现在，如我们又观测到一个 B 星系，它到地球的距离是 200 万秒差距，他们根据哈勃的发现就可以推断出，B 星系的退行速度是 2H0 。就是这么一个简单的正比例关系。如果我们写成数学公式，就是这样：

v = H0 d (d 的单位是百万秒差距)

哈勃从上世纪三十年代开始，就一直在美国的威尔逊山天文台，利用当时世界上最大的胡克望远镜来观测星系，计算这个哈勃常数的值，他经过长年累月的观测，他当时得出的哈勃常数的数值大约是 50（km/s/mpc）。

有意思是，计算出了哈勃常数的数值，就相当于计算出了宇宙的年龄，这只是一个简单的换算关系。你可能一下子没想明白哈勃常数和宇宙年龄之间的关系。我给你做一个非常简单的数学推导，你就明白了。

真的不太难哦

……

假设现在有一个星系离我们的距离是 d，

它相对于我们的退行速度是 v，

求它在多久以前和我们的距离是 0。

这个好算吧，根据速度的定义，

速度等于距离除以时间，

那么时间就等于距离除以速度。

所以

t = d / v

然后根据哈勃常数的定义：v = H0d

我们把 v 替换成 H0d 可得

t = d / H0d

发现没，两个 d 刚好抵消，所以

t = 1 / H0

换句话说，宇宙中的任意一个星系，

都在 1/H0 秒之前和我们的距离是零，

这不就是宇宙大爆炸的时刻嘛。

我们来算一下，如果哈勃常数是 50，宇宙的年龄是多少？

首先，我们取 50 的倒数

1/50 = 0.02

想一想，这个 0.02 的单位是什么？

肯定不是年，也不是秒对吧，

因为宇宙的年龄可能是 0.02 年，

也不可能是 0.02 秒嘛。

我们需要做一个单位转换，

这在物理学中叫量纲分析。物理学中的所有单位

都可以化为 7 个最基本的国际单位。

比如，H0的单位是 km/s/mpc ,

mpc 其实是一个距离单位，

距离单位的量纲就是 km，

因此我们可以把 mpc 写成 km 的形式。

1mpc ≈ 326万光年 ≈ 3 x 10 的19 次方 km

所以，H0 的单位也就是

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

所以，如果哈勃常数是 50，

那么宇宙的年龄就是

t = 1 / H0 = 3 x 10 的19 次方 / 50

= 0.06 x 10 的19 次方 (s)

≈ 190 亿年

05 终于测得宇宙的年龄

当哈勃发现了哈勃定律，又计算出了哈勃常数后，真的特别高兴，因为他居然推算出了宇宙的年龄，这是多么伟大的一个成就啊，哈勃也因此在天文学界赢得了巨大的声望，说他是当时的世界天文学第一人也毫不为过。

测量出了哈勃常数，就等于测量出了宇宙的年龄。不过，这里要补充一句，在哈勃之后，天文学家们又发现了现在的宇宙并不是匀速膨胀的，而是加速膨胀的，并且在宇宙的历史上，宇宙膨胀经历过先减速再加速的一个过程，但总体上，这些加减速的数值相对都不大，因此宇宙的年龄依然可以近似地等于哈勃常数的倒数，只是要在此基础上再做一点微调即可。

当然，连哈勃自己也知道，以它的观测条件来说，计算出来的哈勃常数肯定是不够精确的。于是，一代又一代搞观测的天文学家就致力于把哈勃常数推向更高的精确度。

然而，随着测量方法的改进和测量精度的不断提高，天文学家们越来越惊讶，大约从 2016 年开始，天文学界突然开始意识到，一个巨大的宇宙谜题就像乌云一样笼罩在人类科学家的头顶，这种感觉颇有点像 20 世纪初，笼罩在物理学家头顶的那两朵乌云。别心急，听我慢慢讲。