内容提要:对现代宇宙学的逻辑链的环节和整体进行了分析,认为现代宇宙学的理论基础超出了其适用范围;它的发展过程往往是在用新的疑难掩盖旧的疑难;它的的事实依据,带有一定的武断性和牵强附会。宇宙是不可穷尽的,它不会整体创生或毁灭。
关键字:现代宇宙学、逻辑链、引力场、新疑难掩盖旧疑难
张操、王令隽教授等等对现代宇宙学及有关问题作了深刻的批判和探讨[1,2]。本文以不同的视角凑下热闹。
现代宇宙学以广义相对论、量子理论、超弦理论等为理论基础;以宇宙背景微波辐射,银河外星系普遍性红移等观察事实作为依据,被认为是一门可以对宇宙演化作定量描述的科学。是这样的吗?让我们先来看一下它发展的逻辑链[3]:
在已知的各种力中,引力是唯一不可遮罩的长程力,能够支配整个宇宙的物质运动,因此引力场方程可以定量描述宇宙的演化→用牛顿的引力场方程研究宇宙将导致纽曼(Newman)疑难和奥伯斯(Olbers)佯谬,所以应该把广义相对论作为宇宙学的理论基础→满足宇宙学原理的四维时空具有罗伯逊-沃尔克(R-W)度规,用爱因斯坦场方程求解出来的R-W度规宇宙模型是种大爆炸模型,称为标准宇宙模型→标准模型存在4大问题:奇点问题、视界问题、平直性问题和磁单值问题,于是提出了暴胀模型:整个宇宙在10-30秒的时间里增大了1030倍→经过暴胀后,存在物质短缺和难以成团的问题,可以用暗物质和暗能量进行弥补→暴胀解答了视界、平直性、和磁单值问题,但不能解决奇点问题,于是出现了多种量子宇宙学理论,以设法绕开奇点。
对上述现代宇宙学的逻辑链进行分析,可以发现许多问题。
首先,引力能够支配整个宇宙的物质运动吗?不一定!我们曾指出:力场的作用具有区间性:色场(强相互作用)在核子内起主要作用;电磁场在原子世界占主导地位;引力场的作用在微观世界里微不足道,到了太阳系世界才成了主宰。那么,在宇宙大的方面引力场能够独霸天下吗?不,事实上,在星系、星系团的宇观世界里,引力场已经力不从心(只有实际作用力的1/10左右),出现了“品质缺失”现象。对于这种现象,主流的解释是存在着大量的“暗物质”,但上天、入地,折腾了几十年仍没有揭示出暗物质的真相。其实,我们的解释更合理:引力场只是太阳系世界的宏观场,在星系、星系团的宇观世界里,引力场失去了主导地位,品质缺失现象是存在宇观场的表现,而不存在所谓的暗物质。我们曾对宇观场的数学表达进行了初步探讨[4]。如果宇观场论成立,那么,一切以引力理论为基础的“宇宙学”都是无意义的。
任何物理学理论都会有一定的适用范围或局限性。关于广义相对论,除了区间性的局限外,爱因斯坦自己就说过:“对于很大的场密度和物质密度,场方程以及这些方程中的场变数,都不会有实在意义……这些方程不可扩展到这样的一些区域中去。”[5]对此,霍金也说:“广义相对论导致了自身的失败,它预言它不能预言宇宙。”1970年,彭罗斯和霍金证明了:如果广义相对论正确,那么,时空一定存在奇点。这里所谓的奇点,就是场密度和物质密度趋向无限大的点,这是广义相对论局限性的一个表现。为此,人们试图用量子效应或高维的超对称等来绕开或避免奇点。量子效应只出现于微观世界或物质密度非常高的场合,绕开了奇点,绕得开物质密度异常之大的状况吗?超对称还只是一种纯粹的数学模型,至今没有实验的支持,用于宇宙学,有点空对空。
纵观现代宇宙学的逻辑链,可以发现,现代宇宙学的发展过程往往是在用新的疑难掩盖旧的疑难。用大爆炸宇宙学来探讨初始宇宙时,存在着四大疑难。一是奇点疑难,大爆炸始于一个时空奇点。二是视界疑难,不同的视界之间无因果联系,而目前宇宙具有普遍性的因果联系。三是平直性疑难,目前我们的宇宙是平直的,这要求早期的宇宙更平直性,但是初始宇宙的物质密度非常大,半径又相当小,怎么会是平直的呢?四是磁单极疑难,根据有关理论,宇宙大爆炸后,在不同视界的相交处将会产生磁单极,它们品质大,数量多,早就应该被发现了,但实际上却至今没有发现一个!
为了消除这些疑难,上世纪80 年代,出现了 “暴胀”理论,它的基本假设是:在大统一对称破缺时期,宇宙经历了一次难以想像的剧烈膨胀,它使一个视界的体积暴胀成了我们所能探测到的整个宇宙。这样一来,除了奇点疑难,其他三个疑难就迎刃而解了:因为我们的宇宙是由一个视界暴胀起来的,视界疑难自然不再存在;磁单极也成了个别现象,至今没有发现就不足为奇;在暴胀中,宇宙的曲率半径增加了大约为1043的因数,所以,无论初始宇宙如何弯曲,暴胀后,它都将是平直的。但是,所谓的暴胀是个怎样的图景呢?那是在远不到1秒的时间里,一个原子大小的东西,一下子变成了比银河系还要大的庞然大物。这样的描述连神话都构思不出来,可能吗?这是一个更无法解答的大疑难。另外,这样的暴胀速度将是光速的1030倍以上,这是在根本上与它的理论基础相对论过不去。有人说:宇宙的膨胀是时空的膨胀,这不同于物质的膨胀,因此可以超光速。这是个诡辩,且不说无所谓形状、大小的时空是否可以膨胀,其中的物质必然是在做超光速运动吧。
暴胀理论预言的物质密度参数为1,而重子物质的产生速度远远跟不上时空的暴胀速度,因此,重子物质的密度远小于1,那么,宇宙的主要成分应该是人们还未认识到过的非重子物质,于是,虚无缥缈的暗物质、暗能量说登堂入室。现代宇宙学认为,在宇宙的物质中,我们熟识的普通物质只占5%还不到,暗物质占22%左右,暗能量占73%上下。宇宙中的大部分物质竟是我们从未认识到的,它们究竟是何物,至今仍是个谜,这又成了一个大疑难。
我们的宇宙是一个原始视界的暴胀结果,那么其他原始视界是否也会暴胀呢?按照逻辑,这当然有可能。于是就出现了平行宇宙之类的多宇宙说。宇宙是所有存在的总和,即一切物质和时空的总体。多宇宙说是对有限宇宙论的否定,将现代宇宙学降格成了局部宇宙学。而其他的平行宇宙的存在性又成了比天更大的疑难。
用新的疑难掩盖旧的疑难,其结果是疑难越来越大,越来越难!
至于现代宇宙学的事实依据,看来带有一定的武断性和牵强附会。比如,光谱线的红移,有多普勒红移、引力红移、光子的能量衰减红移等等,现代宇宙学断定银河外星系的普遍性红移是多普勒红移,而许多学者指出:这更可能是非多普勒红移[6,7]。把宇宙学红移当作多普勒红移,是现代宇宙学确定宇宙在膨胀,而且是在加速膨胀的一个关键因素。消除了这个因素,所谓的宇宙膨胀、暗能量,乃至整个大爆炸宇宙学就烟消云散了。
宇宙微波背景辐射是一种充满整个宇宙的电磁辐射,它的特征和绝对温标2.725K的黑体辐射相同。黑体辐射是一种理想物体的热辐射,是一种热平衡状态的辐射,把它看成是宇宙大爆炸的产物,是很值得怀疑的。任何天体都在不停地辐射、反射、折射、吸收著电磁波。这些电磁波持续不断的捣腾,在宇宙背景中形成了基本稳定的辐射(太空温度)是很自然的。它可看成是太空中的宏观的真空起伏,是乙太海洋里“无风三尺浪”的表现,本来如此,以后也会如此。把它当作“大爆炸”的余尘,倒像是种神话。
现代宇宙学的盛行与现在的形式化理论评判标准有关,它认为,只要前提简单,有数学模型可以计算的就是好理论。现代宇宙学用一个引力场方程来描述整个宇宙,多么简单!调节宇宙学常数、哈勃常数等等参数,能够对宇宙现象作出合乎逻辑的解释,又是多么的漂亮!然而,逻辑只是思维的规律,不一定是自然界的规律。物理内涵的可靠性比形式上的简单性和逻辑性更重要。
宇宙是不可穷尽的,我们提出了“无穷阶等级式宇宙模型”[8],它的每一个局部都在运动着,演化著,但宇宙不会整体创生或毁灭。
参考文献
[1] 张操,物理时空理论探讨,上海科学技术文献出版社,2011。
[2] 王令隽,物理哲学文集,香港,东方文化出版社,2014。
[3] 王永久,经典宇宙和量子宇宙,北京,科学出版社,2010。
[4] 胡昌伟,可压缩性乙太论[J],现代物理,2017,7(4):127-130。https://doi.org/10.12677/mp.2017.74013.
[5] 爱因斯坦. 相对论的意义[M]. 北京: 科学出版社, 1966: 84-85.
[6] T. Chang, D. G. Torr, A Tentative Explanation of Cosmological red Shift[J]. Paired and Interacting Galaxies, NASA, Conference Publication 1990, 3098: 491.
[7] 余本立,宇宙到底是有限的还是无限的?香港天马出版有限公司,2004.
[8] Hu, C.-W. (2012) Vacuum, Space-Time, Matter and the Models of Smarandache Geometry. Educational Publishers. viXra:1207.0072.
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