宇宙监督假设

在意识到奇点的不可避免性后，奇点附近的行为成为物理学家，尤其是广义相对论研究者需要面对一个棘手的问题。在奇点附近，将会出现各种“诡异”的现象。例如：奇点附近大量物质的产生；另外，裸奇点的存在甚至会影响到无限远处的观测者。如何避免这种不良的影响？为此，在1968年到1969年间，彭罗斯提出了弱宇宙监督假设：奇点总是被一个称为“黑洞事件视界”的表面所包裹，因此不再裸露，遥远的观测者不再受其影响。

在广义相对论的研究中，人们通常将事件视界定义为一个黑洞的边界。事件视界独特的性质使得其两侧的物理世界是因果隔绝的。由于人们是生活在黑洞的外面，如果所有的奇点都隐藏在黑洞的内部的话，那么奇点的存在就不会对我们所能够观测到的物理世界产生任何影响了。这就从一定意义上解决了奇点导致的各种破坏性问题。基于彭罗斯的“奇点普遍存在”的结论和“弱宇宙监督假设”，人们可以作如下思考：物理上可以产生的奇点必须包裹在一个事件视界中。由于宇宙中物质演化产生奇点是普遍存在的，这些奇点都应该隐藏在黑洞的事件视界中，因此黑洞的形成也一定是普遍的。这就是说，在广义相对论中物质的演化必然导致黑洞的出现。弱宇宙监督假设成立的与否对广义相对论自身和天体物理研究具有重要意义。弱宇宙监督假如果成立，那么大质量星体的最终归宿只能是黑洞。

例如，人们发现的第一个时空奇点——施瓦西黑洞的奇点。对于这样的奇点， 奇点的外部的确存在一个被称之为“事件视界”的边界。这一个边界将施瓦西黑洞中奇点包裹起来，如图2所示。事件视界完美地将施瓦西黑洞的奇点隐藏了起来，使得在奇点处任何破坏物理的怪异行为都不会对生活在视界外部的人们产生影响。从这个角度来说的话，施瓦西黑洞的奇点是一个“无害”的奇点。

施瓦西黑洞的彭罗斯图

对于已发现的大部分精确解，彭罗斯的弱宇宙监督假设都能被满足。另外，研究表明：在一般条件下，普通物质组成的球对称的塌缩星体形成的黑洞，奇点也会被视界所包裹。

然而，对这样一些特例适用的解决方案到底有多大的普遍性呢？这就是需要人们对弱宇宙监督假设进行证明。和彭罗斯证明奇点定理不同，宇宙监督假设是一个相当困难地问题，到目前为止仍然没有获得完全解决。事实上，黑洞视界定义本身就与时空的整体演化有着密切关系，不象奇点的定义那样局域，这自然也导致对宇宙监督的证明要比奇点困难得多。

鉴于宇宙监督假设如此重要，在无法直接解决这一个问题的情况下，人们试图对这一个问题进行“旁敲侧击”。彭罗斯本人就曾提出过两个思想实验来验证宇宙监督假设。其中一个就是考虑可否通过一些物理允许的过程将一个黑洞“摧毁”但是却保留黑洞内部的奇点。实际上不难发现，如果宇宙监督假设正确，那么这样的过程就不会存在。