大爆炸宇宙学说及其模型

1第二篇论大爆炸宇宙学说及其模型乘宇（2005年6月）上篇文章我们对哈勃常数进行了多方面的研讨，结果令人十分困惑和费解，因为这个举世瞩目的宇宙常数存在严重低级的问题，而且人们对它的问题长期熟视无睹，在它出现巨大误差的情况也还在不断地修改和应用它，甚至人们认为这一问题通过技术调整己经得到解决。但实际上哈勃常数问题是简单低级的宏观物理学问题，而不是抽象的物理学问题，是不可以通过硬性的技术调整解决的，也是不可以用抽象概念模糊化的。从哈勃常数这一简单的问题上看，我们甚至认为大爆炸宇宙学说的其它环节上也可能存在类似的问题，本着这样一种揣想，我们对大爆炸宇宙学说的一些主要理论和依据展开研究，以重新评估和检验这一学说的正确性和可靠性。研究结果正如我们所预见的，大爆炸宇宙模型不只是存在哈勃常数的个别性问题，而且也存在其它物理学原理的普遍性问题，这些都是基本普通的，甚至是低等的。这些问题的普遍存在反过来支持了我们早前对哈勃常数的论证。此外，我们经过对其模型的探讨，不仅解决了大爆炸宇宙学说论者提出的一些问题，并取得了一些超出大爆炸宇宙学说研究之外的成果，可以认为这些成果是前所未有的，并将可能对人们进一步探讨宇宙有重要影响，例如我们发现宇宙空间不是引力的而是空间膨胀或收缩力的，找到宇宙的星系能够稳定在宇宙空间而不相互吸引的道理，光速不可超越以及光速不变性的原因，宇宙不是来自于大爆炸的理论依据，等等。我们相信读者一定会对这些成2果感兴趣。下面我们将首先围绕大爆炸宇宙学说及其模型的有关问题展开讨论。一、大爆炸宇宙学说的解释阶段在现有的物理学吸引力理论下，任何一个宇宙学说或模型，归根结底最终要解决的无非只有两个最基本的问题，即一个是宇宙星系之间的引力平衡问题，另一个是星系物质的起源问题。这是两个本质不同的问题，在这两个问题中，首先要考虑的是宇宙星系之间的引力平衡问题，其次才是星系物质的起源问题，无论是人们熟知的大爆炸宇宙模型或是其他的宇宙模型都是如此。为什么人们在建立一个宇宙模型时总是必须首先要考虑星系的引力平衡问题呢？这还得从人们对宏观天体运动和天体力学的传统认象说起。人们通常习惯这样认为，行星与卫星之间以及行星与恒星之间，甚至于恒星与星系之间都是通过相互绕转所产生的离心力来平衡引力或保持间距的，例如月亮围绕地球旋转所产生的离心力抗衡了地球的引力和保持了与地球的间距，九大行星围绕太阳旋转不仅抗衡了太阳的引力而且保持了各自的轨道间距，同样，亿万个恒星也是依靠绕转离心力来抗衡星系中心引力的，等等，然而，人们对于星系与星系之间的引力平衡方式和原理却不能完全认识和理解，因为人们并没有发现宇宙星系之间普遍存在相互绕转的现象，这就不能用离心力与引力的平衡原理来解释星系与星系的分离和间隔状态，于是人们猜想星系之间必然还会存在其他的分离力量和引力平衡的原理，究竟要确定那一种引力平衡原理来保持星系的分离和间隔状态也就成为各种宇宙模式解释宇宙的最基本的也最核心的问题。但一个宇宙模型要选择一种解释星系引力平衡的原理并不难，难的是这种原理必须同时要满足和吻合它所描述的宇宙时空的起源规律和生存逻辑，否则3这个模型对宇宙的解释将不会完满。人们有很多早期建立的宇宙模型由于在这引力平衡原理方面的缺陷而不能自圆其说，例如前面所说的稳恒态宇宙模型就是如此，尽管这种宇宙模型在解释宇宙无限性方面有可行之处，但在宇宙引力平衡问题上仍存在解释障碍，因此最终未能得到人们的完全认同。自从一九二九年哈勃发现星系光谱线红移现象后，人们开始萌生了“宇宙要么收缩要么膨胀”的思想，并最后建立了宇宙始一次和源一点的大爆炸宇宙学说及其模型。它的基本原理我们在论哈勃常数及其宇宙时空的观测界限一文中己有所论述。为了解决宇宙星系之间的引力问题，人们想象利用大爆炸宇宙的能量膨胀力和质量的方向惯性力，使星系物质抵消或抗衡相互之间的引力，维持星系的个别状态和惯性状态，并使宇宙时间与空间产生矢量和标量的概念。我们可以从大爆炸宇宙学说及其模型的建立和发展史中了解到，人们之所以产生“宇宙要么收缩要么膨胀”的思想直至最终形成宇宙源于一点始于一次大爆炸的宇宙观，是人们首先考虑星系之间引力平衡方式的原因，而不是首先考虑宇宙起源和物质生成方式的原因，人们一开始就把宇宙的膨胀看作是星系引力得以平衡和个别惯性状态得以维持的一种力量，只是到了后来，人们才开始产生了宇宙膨胀的逆向思维，这种逆向思维最终引发了整个宇宙物质可能起源于同一地点同一时间的假想。人们对大爆炸宇宙模型的想象似乎是两全齐美无与伦比的，是因为大爆炸宇宙模型在解决宇宙星系引力平衡原理问题的同时也解决了宇宙时间和空间的起源及生成方式问题，但这也只是一种学说理论的延长和放大而己。尽管人们已收集到的证据和现有的理论成果能够勉强解释星系引力平衡的问题，或者能够勉强解释宇宙星系正在膨胀的问题，但对于宇宙是否是相对于一点还是相对于多点的膨胀，人们根本没有这方面的信息和依据。尤其是大爆炸宇宙模型存4在着能量、质量和空间的奇点问题，它比其它宇宙模型对于宇宙的解释更莫名其妙更难以理解，如果说大爆炸宇宙模型有什么优越之处的话，那就是大爆炸宇宙模型似乎具有可能解释星系引力平衡方式的依据（宇宙在膨胀），而其他宇宙模型则连这些可能依据也一无所有。所以说，大爆炸宇宙模型的解释水平实际上仍停留在宇宙星系引力平衡原理或宇宙存在方式的问题上，这离解释宇宙的起源以及物质的生成方式的目标还是极其遥远的。由此可见，我们对大爆炸宇宙学说及其模型的论证其实也只需要针对星系引力平衡原理问题或宇宙存在方式问题，而不需要针对宇宙起源原理问题，因为这个问题还构不成这个学说和模型被肯定或否定的因素。而我们对星系引力平衡原理问题的论证只包括两个方面：一是星系之间是否存在引力平衡的问题以及需不需要宏观外力来实现星系引力平衡的问题；二是宇宙是否正在膨胀以及宇宙大爆炸事实是否成立的问题。这两个问题的讨论范围实际上仅涉及到人们现己发现的宇宙大爆炸的几个依据范围内，如果我们完成了对这些依据理由的论证也就等于从根本上解决了大爆炸宇宙学说及其模型正确与否的问题。为方便讨论，我们首先把大爆炸宇宙学说的几个主要依据理由再现如下，然后再分别给予分析和论证。(1)、发现宇宙星系的光谱普遍存在红移现象,这种现象可能表明宇宙在膨胀和星系在远离地球，而且膨胀星系的退行远离遵循哈勃定律；(2)、发现太阳系物质存在生存年龄，由此推想宇宙物质也存在同样的生存年龄；(3)、发现地球周围空间存在各向同性的微波背景辐射,这种微波背景辐射被认为可能是宇宙大爆炸的遗迹和充分理由;(4)、宇宙天空为什么是黑的，是因为宇宙星系物质是有限的，既然物质是5有限的，时间也是有起始的，因此可以认为宇宙是始源于一次和一点的大爆炸产生而来的。二、关于宇宙物质的年龄我们从教科书上经常看到人们的这样一个观点：物质存在年龄是宇宙起源一次大爆炸的一个证据。粗略地听来总会觉得这个说法无不道理,因为物质存在年龄与宇宙有始有终似乎在逻辑上是相吻合的，而这种吻合又似乎说明了宇宙起源于一次和一点大爆炸的可能性是存在的，但稍加认真分析我们就会发现这一推理疑点很多,难以成立，具体分析是：第一，没有任何理由表明，物质存在年龄是大爆炸宇宙模型独有的一个特性，而我们却可以从各种宇宙模型的研究理论中得知物质存在年龄的现象是各种宇宙模型的一个共性，因为至今为止，几乎所有的宇宙模型也包括那些认为宇宙时空是无始无终的宇宙模型都主张物质有周而复始的生存年龄，都支持物质消亡和再生循环的自然规律，宇宙的存在模式与物质的年龄并无绝对关系，物质的年龄作为物质在宇宙的一个生存时间片段是不可能因为宇宙的存在模式而可有可无的，无论宇宙的存在模式如何，是有始有终的还是无始无终的，其宇宙物质都可能存在生存年龄，并且这种生存年龄的大小取决于存在方式和宇宙条件。宇宙物质存在年龄的现象是宇宙存在的分别现象而不是统一现象,大爆炸宇宙模型强调物质存在年龄作为本学说的一个支持理由实际上是把宇宙的这一分别现象视为本模型的专有特性，这显然是不合理的。第二，人们从不否认，人们以各种方法对不同的宇宙区域测定的宇宙物质年龄都没有相同的时间结果，例如地球与太阳的年龄，太阳与其它恒星的年龄，恒星与恒星的年龄，星系与星系的年龄都不尽相同，并且差异很大，一些遥远星系的年龄已被人们认为达到了150亿年以上，而地球年龄只有45亿年左右。6显然，像这样参差不齐的物质年龄根本不能说明宇宙有统一的生存时间，更不能说明宇宙是起源于一点和一次大爆炸而来的，充其量也只能说明宇宙物质存在不同结构形式和不同阶段的年龄。有人认为，宇宙年龄是范围年龄，人们通过多种方法测算的宇宙年龄将被控制在120亿至200亿年之间的范围之内，所有的宇宙物质年龄都没有超越这个范围，这就是宇宙的统一范围年龄思想。但这个统一范围的上限实际上是由哈勃常数的计算结果确定的，而哈勃常数己被我们在上篇文章中证明是存在严重问题的，如果按照我们所列方程计算的大爆炸宇宙年龄，它应该是原哈勃常数计算值的三倍，即450亿至600亿年，这显然不大可能，因此宇宙并不存在年龄的统一范围。人们往往试图通过多种方法来测算宇宙物质年龄,然后再以此年龄与哈勃常数测算的宇宙年龄相呼应，最后得到一个宇宙年龄的统一效果，这种构思存在的问题是很明显的，首先是哈勃常数为测算基础的绝对宇宙年龄与人们从其它方法测算得到的相对宇宙物质年龄（或星系年龄）比较，不仅存在较大的吻合差距而且这种比较与宇宙的来龙去脉根本无关，其次是把这些相对年龄与哈勃常数宇宙年龄相联系毫无依据，因为无论这些相对年龄的正确性如何，哈勃常数的正确性都是否定的。总之，宇宙物质存在年龄作为大爆炸宇宙的一个依据不是量的问题，而是逻辑性的问题。无数恒星和星系正在形成和消亡的事实足以说明，物质年龄只是物质形式结构的生命过程，也是宇宙局部空间偶然结合与必然演化的过程，这一过程对于宇宙来说是非常短暂的和参差不齐的，无论宇宙的存在模式如何，也无论我们现在的宇宙是否有年龄，星系物质的这一过程都会发生和结束，但没有理由把一切物质的年龄与整个宇宙的年龄相联系。星系物质有可能不是同时产生于宇宙的大爆炸中心，而是有可能在不同时7间产生于宇宙的边缘，宇宙不是由内向外膨胀，而是由内向外扩张。这一观点有一个重要依据：即天文观测发现遥远的宇宙边缘存在类星体。有关问题我们将在下篇文章《宇宙力与物质引力.》中作更详细的讨论。总之我们认为，无论是宇宙的物质年龄作为大爆炸宇宙模型的依据不过是人们预定的一种狭义观点。关于这个问题人们已有很多的讨论，而且也非常详细，我们在此就不再多谈。三、关于宇宙星系光谱线红移现象大爆炸宇宙学说的一个最重要依据是星系的光谱线普遍存在红移现象,并且离我们逾远的星系光谱红移逾大，人们认为这是星系在远离地球和宇宙在膨胀，哈勃常数也是由此规律总结出来的。人们之所以得出这样的结论，其理由有两个：一是得到声波传播的多普勒效应原理的启示；二是恒星或星系的光谱线存在红移和蓝移的两种现象——人们认为这是多普勒效应在恒星和星系光谱线上的反映，也是恒星和星系远离或靠近地球的两种可能的表现。人们对多普勒效应的引用以及对星系光谱线红移现象的判断是否正确，关系到宇宙是否膨胀即大爆炸宇宙学说是否成立的问题。从传统物理学的理论观点上看，我们对人们把声波传播的多普勒效应原理用来解释光波传播的光谱线红移或蓝移(即波长变长或变短)现象并无异议的，因为我们认为所有波的传播方式和原理都可能是基本相似的，既然声源远离或靠近观测者时声波波长会发生变长或变短的现象，同样道理，当光源远离或靠近观测者时光波波长也应该会发生变长或变短的现象。但是我们又认为，在恒星和星系光谱线红移的问题上，多普勒效应的引用和解释是有限的而并非是无限的，这也就是说恒星或星系的光谱线红移并不全部代表它们远离地球，它们远离地球可能只是引起恒星和星系光谱线红移的一种原因，而不是唯一原因，甚至大部分遥远星系的光谱8线红移可能与它们远离地球的运动完全无关，这是因为：(1)多普勒效应只是引起声波波长变长的一种原因，但也还有更多的原因（例如物理系的条件变化,声波能量的分散和