奇点和黑洞

（参见Butterfield 2006讨论这些问题。）同样，各种空间几何结构（例如度量，仿射结构，拓扑等）不能以亚里士多利亚将需要的方式定位，无论是如何实现本地化点，在精确确定区域中的本地化，甚至只是在模糊划分的区域中的定位。 此类实体的存在状态Vis-à-is更传统上被认为对象是一个开放和基本忽视的问题（Curiel 1999,2016; Butterfield 2006）。 由于相对论的奇异结构问题的方式，目前的相对论物理学中的几乎每个主要的开放问题，都是对这些问题提供了特殊的丰富和有吸引力的重点。

在这方面，一个有趣的比较点，除了一般相对性之外，重力的其他理论中的奇点性质将是。 因此，WeatherAld（2014）人格化的牛顿引力理论中奇点的表征及其证明该理论适应其预测，可以作为这些问题的思想和论据的可能测试理由。

其中许多问题最终，转向问题是构成“物理上合理”的时空结构的问题。 一般相对论甚至超过奇点的结构和行为展示了巨大和杂色的动物园，即统一性，大多数物理学家和哲学家都会考虑在某种意义上或其他身体表现的情况下世界。 但是在这里算作“合理”：谁是决定，并在什么基础上（Curiel 1999）？ Manchak（2011）据称，没有纯粹的实证理由裁定出看似不可夸张的结构，因为总是存在的刻薄，以精确的意义，从我们自己的观察到难以区分（Mally 1977;曼彻克2009A）本质上有一个可以规定的任何属性。 诺顿（2011）辩称，这构成了宇宙学中的归纳推理必要的失败，无论是什么人的归纳。 Butterfield（2012）讨论了Manchak的结果对标准哲学论据的标准哲学论据，这些论点是通过数据确定理论的确定。

对科学理论的理论术语定义和地位感兴趣的科学哲学家在这里曾经是一项丰富的可能的案例研究，通过机会观看杰出的科学家从事凶悍，持续辩论的争论，确实是可行性的。甚至需要定义它 - 这在尝试统一最基本的物理理论，一般相对论和量子场理论的中心。

2.2。 一般相对论的细分？

在我们所有的时空奇点的核心的核心上是某种失败的概念：消失的路径，被撕裂的点，空间曲率或其他其他物理量，如行为变得病理的压力。 但也许失败，而不是在实际世界（或任何身体上可能的世界）的时刻中，而是在我们对时空的理论描述中。 也就是说，也许我们不应该认为一般相对论是准确地描述世界时，当它定位奇异结构时 - 这是一个分解的理论，而不是世界的物理结构。

实际上，在大多数科学的竞技场中，奇异的行为被认为是所使用的理论的指示是缺乏的，至少在这种意义上是在预测这些行为的制度中的建模系统是不够的（Berry 1992）。 因此，常见的是，在预测时空是单数的情况下，通常相对性是预测其自己的消亡，并且在黑洞奇点和大爆炸的空间和时间的经典描述，以及所有的休息（霍金和埃利斯1973年;霍金和彭罗斯1996年）。 这种观点否认奇点是实际世界的真实特征，而是声称他们仅仅是我们目前，不可避免的有限，物理理论的文物，标志着理论在问题上的代表性能力崩溃的政权。 这种态度广泛采用了许多重要病例，例如，牛顿重力潜力的点粒子的分歧，奇异电磁运动方程中的奇异性，单数苛刻几何光学，等等。 没有人认真地认为，这些古典理论中这些模型中的奇异行为代表了物理世界中的真正奇异的行为。 我们应该，思想来，以同样的方式对待奇点。

不完整的路径和非最大空间的最常见的论点之一是物理上不可接受的，也许是最有趣的，也许来自物理学家而不是哲学家，调用了足够理由原则的东西：如果无论责任时空的创造力如何继续创造更多的力量，有什么可能在任何特定点停止的原因（PenRose 1969; Geroch 1970）？[7]这个观点的对手可以回应它隐含地依赖于物理的某些物理图片，其可能不具有宽大相对性，其动态演化的系统的动态演化。 这一观点的倡导者将争辩说，从一个自然的观点来看，对于一般相对性，Spacetime根本不会演变。 它只是坐在那里，一劳永逸，因为它是一个所谓的街区宇宙（Putnam 1967;时间机器，时间旅行和处于现代物理的条目）。 如果它恰好坐在那里，那就好了，所以就是这样。 然而，这种反应具有自己的问题，例如我们的主观体验的代表，这似乎与进化和变化的思想似乎无可指差。 然而，这些问题似乎并不是这种争议，而是从一般相对性本身的特征出现：“动态演变”和“时间”在理论中是微妙的和有问题的概念，无论一个观点一试吗（Stein 1968,1970，1991）。

人们可以反对认为时空必须最大的其他形而上学论据。 为了需求最大性可能导致布里达坦的屁股问题，因为它可能存在全局扩展，其中一个给定的不完整曲线中的一个是延伸的，但没有存在全局扩展，其中集合中的每个曲线都是可扩展的（ellis和schmidt 1977）。 此外，可能存在几种物理上相当不同的全局扩展：例如，Schwarzschild Radius之外的通常的Schwarzschild坐标所涵盖的时空可以分析到Kruskal-Schwarzschild Spacetime与Spacetime“隧道”或“桥梁”到宇宙的其他断开部分（Hawking和Ellis 1973，Sec.5.5），或者它可以扩展到代表巨大球体内部的溶液。 在任何情况下，它都很难知道在这是所有艰难的科学中的争论中征召这种明显的形而上学考虑因素。 参见Curiel（1999）和Earman（1996）对此类争论的批判调查，以及近期对所有这些问题的全面调查，包括讨论最新的技术结果。

一种共同的希望是，当通过经典理论预测奇点的曲率的这种极端条件附近考虑到量子效应时，将抑制时空几何形状的奇异性，只留下表现良好的时空结构。 各种量子的倡导者的倡导者也争辩说，在这种完整，完整的理论中，这里讨论的各种各样的奇点不会出现。 最近的墙上的重要工作（2013A，2013B）表明这些希望面临严重的问题。 我们分别在第5.4.4节和第6.3节中获取以下问题，因为它在那些上下文中，许多明确辩论在一般相对性的范围内发挥作用。

在任何情况下，请记住，即使有一天观察到奇点，我们也能够在他们的行为中检测到它们作为物理法的分类的行为中的规律性，似乎这一法律似乎不会是一般相对性的结果，但宁愿走除了我们所看到的，超出其范围之外，由于我们所看到的，本身的一般相对性没有任何机制来限制各种类型的奇异结构可能表现出来的可能性。 这可能只是这种可能在自由劝说的狂热中令人生畏的可能性，因为它使谨慎颤抖的同时。

对于哲学家来说，这里有所生病的问题为那些冥想的人提供了深刻和富裕的血管，其中包括：解释权在评估物理理论中的作用; 观察，数学模型，物理直觉和形而上学偏移之间的相互作用在科学知识的成因中; 关于适应时期物理实体的存在性质的问题及其天空本身; 和物理系统的数学模型在我们对这些系统的理解中的作用，而不是他们在我们对他们所知的代表中的作用。

3.黑洞

3.1。 标准定义和属性

黑洞的最简单图片是一个系统的重力如此强大的系统，没有什么，甚至没有光，可以逃离它。 这种类型的系统在熟悉的牛顿重力理论中已经成为可能。 身体的逃生速度是物体必须开始行驶的速度，以逃避身体的引力并继续飞出到无穷大，而无需进一步加速。 因为逃生速度从物体的表面测量，所以如果身体合同并且变得更加密集，则变得更高。 （在这种收缩之下，身体的质量保持不变，但其表面更接近其质心;因此，表面的重力力增加。）如果物体变得充分致密，因此逃逸速度可能超过光速，而且光本身就可以超过光速逃脱。

这场论点没有吸引相对论物理学，并在18世纪后期由米歇尔（1784年）和拉普拉斯（1796，第二部分，第305部分）指出了这样的牛顿黑洞的可能性。 然而，这些牛顿对象不会与相对论的黑洞相同的危机感。 虽然在折叠体的表面发出的光不能逃脱，但具有强大的足够强大的电动机的火箭仍然可以自由推动。 它只需要保持其火箭发动机，使推力等于或略大于重力。 由于在牛顿物理学中，没有可能的速度上限，因此可以通过以大于光的初始速度被解雇来简单地逃脱。

然而，考虑到不相应的考虑因素，我们发现黑洞更具异国情调的实体。 鉴于通常的理解，相对论理论规定了任何物理过程传播得比光快，我们得出结论，不仅灯光无法逃离这样的身体：没有什么能够逃脱这种引力。 包括强大的火箭，可以逃离牛顿黑洞。 此外，一旦主体已经坍塌到其逃逸速度是光速的点，就没有任何物体力可以防止身体继续进一步崩溃，因为这相当于加速以超出光的速度的速度。 因此，一旦达到了这个临界崩溃点，身体就会变得更小，越来越密集，无限制。 它形成了一个相对论的黑洞。 以下是出现黑洞和奇点之间的密切连接的位置，对于通用相对性预测，在物理上合理和通用条件下，一旦到达黑洞形成的临界点，就会从塌陷点形成间隔奇异性（PenRose 1965年; Schoen和Yau 1983;沃尔德1984年）。

对于任何给定的身体，当物体折叠到其所谓的Schwarzschild半径内时，发生这种关键阶段的不可避免的崩溃的临界阶段，这与身体的质量成比例。 我们的阳光有一个大约三公里的施瓦茨尔德半径; 地球的Schwarzschild半径略低于厘米; 身体的Schwarzschild半径比中微子小约10-27厘米十倍，比夸克相互作用的比例小1010倍。 这意味着，如果你可以将所有地球崩溃到豌豆的大小的球体上，它将形成一个黑洞。

然而，值得注意的是，如果有足够的质量，那么如果有足够的质量，那么人们不需要极高的物质密度以形成黑洞。 如果银河系中的所有恒星逐渐朝着银河中心汇集，同时保持彼此的比例距离，它们将全部落在他们的联合施瓦茨德拉姆半径内，因此在被迫碰撞之前形成黑洞。 或者如果在其标准密度（1Gm / cm3）的标准密度（1 gm / cm3）中占据了一亿太阳块水，总计约为1027立方千米，则含有天王星轨道的最小球体的大致尺寸 - 它将包含在其内Schwarzschild半径。 （当然，在这种情况下，水确实最终会崩溃，以任意高密度崩溃。）星系中心的一些超级分类黑洞被认为比水的实例更为大于20亿太阳能群众，但在这些情况下事情的初始密度被认为形成黑洞非常高。

根据标准定义（Hawking和Ellis 1973; Wald 1984），黑洞的事件范围是由无回报点形成的表面。 也就是说，它是最接近光信号仍然可以逸出到外部宇宙的奇异性的时空中所有事件的集合的边界。 在内的一切包括和内部地平线是黑洞本身。 （参见第3.5节，以讨论不同方式定义黑洞的方法，以及这些竞争定义提高的问题。 闪光的闪光源于黑洞内的事件，将无法逃脱，但是将最终在黑洞的中央奇点。 源于事件范围之外的事件的灯闪存将逃脱（除非它最初指向黑洞），但它将在其靠近地平线附近的程度强烈换档。 通过定义，通过定义源于事件范围本身的事件的外出光束，直到宇宙的时间末端仍然存在于活动范围内。

一般相对性告诉我们，在引力场中不同位置运行的时钟将以精确的意义在某种意义上，通常不同意彼此。 在黑洞的情况下，这以下列方式表现出来。 想象一下，有人落入一个黑洞，而且在落下时，每次手表手蜱都会向我们闪烁一个光信号。 从黑洞外部的安全距离观察，我们会发现连续光信号到达之间的时间变得更大而没有限制，因为光需要更长的是逃避黑洞的引力势良好，更靠近灯的偏好光。 （这是靠近事件范围的光线的红色切换。所以，当她走近活动范围时，它会逐渐减缓下降的人。 她的手表（以及每个其他过程）似乎似乎在她接近更密切的地平线时似乎比较慢。 当她穿过活动范围时，我们永远不会看到她发出的光信号; 相反，她似乎永远在地平线上方“冷冻”。 （这次谈论看到这个人有点误导，因为来自这个人的光线会迅速变得严重转移，很快就不会实际上可检测到。）

然而，从缺少人的角度来看，活动地平线上没有任何异常。 她会遇到时钟的放缓，也不会看到她通过黑洞的活动视线的任何证据。 她通过了活动视界只是她历史上的最后一刻，她发出的光信号就能逃离黑洞。 事件范围的概念是一个全球范围，取决于空间的整体结构，特别是过程如何将流程涌入无限期的未来。 在当地，没有任何值得注意的事情地平线。 特别是，原则上通过严格的任何局部测量的任何组合定位事件范围，无论乐器如何安排，准确地进行测量。 这种全球感觉中的活动视界的存在是一个严格无可核心的假设。 一个人不一定是关于这种事态困扰的科学知识的验证主义者（CURIEL 2019）。 事实上，活动地平线的全球性质以更引人注目的方式表现出来的方式：它们是“持有人”，从此感觉到当今地平线所在的情况下，明天依赖于我将在明天扔掉黑洞。 如何对所有这一切感到良好的经验主义者？

黑洞的全球和几何性质也引发了关于可能或应该将它们视为物理对象或系统的意义的有趣问题（Curiel 2019）。 黑洞只是在时空的几何表征表面，在活动范围内没有普通物质，而且没有其他本地特征可以允许一个人来检测它。 因此，与奇点（第2.1节）的问题相同（第2.1节）在这里强迫自己：如果有的话，如果有的话，如果我们应该将存在于黑洞，而且在本地考虑，它们是一个不可思议的时空地区，其物理上重要的属性仅作为全球结构？

3.2。 观察黑洞

由于黑洞的特殊性作为物理系统，观察它们的尝试也会引发有趣的认知问题，除其他外，尤其是通过数据的理论模型的确定，理论假设在解释中扮演不可确定的角色的方式数据，以及所有意味着“观察”原则上的物理系统，即能够直接发射信号。 Eckart等人。 （2017）对确定射手座A *是银河系的中心的背景下的问题提供了重要的调查，这确实是超大分离的黑洞。 我们还指的是Collmar等人。 （1998年）由一群理论家和观察天文学家纪录关于这些问题的圆桌讨论。 近年来，重要的小说涉及黑洞的涉及黑洞，允许测试古典黑洞的各个方面。 其中许多涉及长期的数据收集，复杂的校准和处理程序。 此外，建模和理论假设通常在产生证据时发挥重大作用。 最近在最近的天体物理学哲学的收集量中探讨了许多问题，请参阅Boyd等人。 （2023）。

2016年，LIGO协作通过精确测量干涉仪臂的应变的变化来检测重力波。 签名表明了引力波由二进制黑洞系统聚结（Abbott等，2016年和许多后续检测，在大约90的时间内;请参阅引力波瞬态目录，oir）。 这些检测的一个重要方面是它们对引力波模板的依赖，以将预期信号与数据相匹配，这反过来需要对强引力场的动态的认知控制程度。 目前，这只能在数值上进行调查，并且需要在一起修补非常不同的建模方法和近似。 我们将老年人（2023,25225）提到，哲学讨论对Ligo Faces和Patton（2020）的哲学讨论，以调查在这种背景下的确认和理论测试的概念。 在Kennefick（2007）中找到了引力波搜索中的高度衰退的优秀历史。

引力波事件GW150914; 两个列中的八个小块; 左边的4标有'Hanford，华盛顿H1'; 右边的4标有'Livingston，路易斯安那州（L1）'; 每列中的前3个图表显示出应变Vs时间 - 所有这些都显示振荡曲线; 底部图显示频率VS时间并显示随时间增加的柳绿色曲线

图4：第一次检测到的引力波事件的曲线，GW150914。 顶行显示两个探测器的应变数据; 信号首先到达L1。 第二行呈现数字相对性波形，参数匹配事件的参数。 在减去数值波形之后，第三行显示残差。 底行显示了随着时间的推移而增加的信号频率。 图像来源：Abbott等人2016的图1，见p。 2本文的完整描述。

2019年和2022年，Event Horizo n Telescope合作提出了两个高度公布的黑洞图像，M87 *在Messier 87 Galaxy（事件Horizo n Telescope 2019）和Sagittarius A *（事件Horizo n Telescope合作2022）。 这些图像由用虚拟地大小的无线电望远镜阵列收集的高频无线电波重建。 为了欣赏该壮举，产生这些图像所需的角度分辨率与拍摄位于月球表面的假假假设橙色的地球的照片相当，假设它发出了220 GHz的无线电波。 EHT图像的中央暗部分与克尔黑洞产生的“阴影”一致。 未来的观察将允许更精确的测试不仅具有黑洞时刻，而且还可以是或可能主要是相关的天体物理现象，例如增量磁盘和天体物理喷射。

黑洞在m87 *; 一个红色/橙色圆圈，底部较厚，黑色中心; 整个圈子在黑色背景上

图5：2019超大分离的黑洞M87 *的图像。 中央暗区的形状和尺寸可用于制造关于物体的质量的推断。 可以使用这种图像来完成许多进一步的常见相对性测试以及天体物理框架。 图像来源：EHT新闻稿（2019年4月10日）

类似于引力波天文学，EHT方法是一种丰富而仍然偏远的哲学研究，其中出现了许多科学哲学，包括模拟的角色，可靠性与不透明度之间的关系，实验之间的区分和观察及其相对优点，以及理论和测量交织的方式。 例如，EHT成像程序调用各种形式的善良或稳健性，其中独立证据的融合被视为在结论（Doboszewski和2024年）中的信心增加。 然而，Ligo和EHT推论的某些方面是载人，或者，如果您愿意，理论介导（Doboszewski和Gentor 2025）：到目前为止，重要的等离子体的数值相对论和模拟是必不可少的关于他们的目标推断。