逍遥学能 2017-07-24 16:57
德国伟大的理性主义哲学家康德曾经说过，“我们头上的灿烂星空和心中的道德法则”，这两种伟大的事物，我们越是经常，越是执着地思考它们，我们心中就越是充满永远新鲜有增无已的赞叹和敬畏。
人类对宇宙起源存在着二种主要理论：大爆炸与宇宙恒稳态理论，然而在二种理论中的大爆炸理论虽然被大多数人所接受，却仍然有许多问题没有得到明确的答案。例如，①如果宇宙起源于一次大爆炸，那么大爆炸之前宇宙又是怎样的情形;②通过观测宇宙在进行新一轮的加速膨胀，这种加速以现在的理论仍然无法解释;③对于宇宙是否会继续膨胀，或者还是会再次坍缩，也没有一个明确的答案;④为什么早期宇宙会有如此高的温度;⑤为什么宇宙在大尺度上会如此均匀——为什么在空间中的不同位置，以及从不同的方向上看宇宙都是一样的;⑥为什么宇宙的最终膨胀速率会如此接近临界值，恰好保证不再坍缩;⑦尽管事实上宇宙在大尺度上表现为高度均匀和各向同性，但其中不会存在局部性的物质团块，如恒星和星系，这些密度涨落的原因是什么?仅仅依据广义相对论不可能解释这些特征。以上问题的存在无疑是奇点大爆炸理论新的挑战!
然而，恒稳态宇宙学虽然在20世纪60年代以前，在大爆炸理论还没有为人们广泛接受时，它对于宇宙起源的解释一直占主导地位。虽然，在大爆炸理论之后，人们开始淡忘它，但它仍然不失为人们逐渐认识宇宙的一个分支，这个概念认为，宇宙各部分均匀的，无明显变化的，在宇宙创生开始就维持了一个稳定的密度和质量，宇宙不会随时间的变化而产生改变，即使是在膨胀过程中，物质的密度仍然是不变的，最初的猜想来自金斯，然而由于该理论在测算宇宙年龄和地球年龄出现宇宙约有20亿年，地球却有40亿年，这意味着宇宙的年龄比地球还短，为了解决这个问题，在1948年，霍伊尔等科学家提出了恒稳态宇宙学这种观点，为了解决年龄矛盾问题，宇宙虽然在不断膨胀，但是没有一个密度极高的阶段(即大爆炸理论中宇宙大爆炸之前的奇点状态)，因而不存在演变年龄的问题，即宇宙是恒久存在的。霍伊尔认为，人们追寻物质的起源存在着问题，它与大多数已被证实是正确的守恒定律相违背，并且在这种理论下所预言的星系分布和射电计数也不符事实际情况，这种理论可以从虚无到存在的观点本身，也只是一种神秘主义理念经，因此，在20世纪60年代之后这种理论开始没落了。
然而到了1993年，这种理论有了新的发展，即最近提出的准稳恒态，宇宙学霍伊尔等人认为，物质本身是永恒存在的，并且它是存在于密度极大的前聚合物的引力场子中，在宇宙中不断产生的小规模的爆炸导致了宇宙的不断膨胀，宇宙由于周期性的震荡(约400亿年)，使宇宙尺度不断收缩，直到尺度需求震荡的最小值，这种新学说也能解释很多问题。例如，对于银河系之外的天气质量和能量的总体输出问题，可观测到的不同类型物质粒子的合成问题等在这种理论下，宇宙活动成了一种周期性行为，大爆炸在这种理论下只是一个特殊情形，此最新理论似乎也能合理地解释出许多问题。然而此种理论所提出的假说和推测是否正确，仍需要进一步详细的观测和证明。
大爆炸理论产生于20世纪20年代，这种理论认为在最初的宇宙中，世界是没有时间和空间之说的，只是在很久以前(大约在100亿-200亿年)。一个密度和时空曲率无穷大的奇点产生能量巨大的爆炸后，产生大量的物质、时间和空间也开始产生了，最后，随着空间的暴胀、温度的下降，不断进行核反应生成新的物质元素，这些新的元素融合在一起，并不断地相互吸引，再扩大最终形成我们的星系和星球，甚至还出现了诸如我们人类这样的生命。
大爆炸理论是霍金先生运用相对论与量子理论相结合的理论，该理论为大爆炸宇宙起源提出了新的依据，完美抵消了在宇宙起源学说上量子理论与相对论的矛盾。然而，霍金先生仍然认为，以上理论并不是一种完美而自洽的统一理论，同时，霍金先生又提出如下一个问题：为什么应该存在一种能用该模型来描述的宇宙?为什么宇宙会克服各种麻烦以求存在呢?统一理论是否如此使人信服，以至于它自身的实现不可避免?或者它的确需要一位造物主，而如果正是如此，那么除了为宇宙的存在负责之外，上帝是否还会对宇宙施以什么影响，还有，又是谁创造了上帝呢?
霍金关于大爆炸理论，在宇宙学的发展过程中，是一个辉煌阶段，如果从发展的结果思考，大爆炸理念绝没有达到顶峰，还有许多未知的奥秘无法解释，除了本文开头和例证的几点疑问之外，包括霍金先生本人也感慨地说如果能够证明，有着多种不同初始结构的宇宙，都会演化成我们今天所观测到的那种状态，那么人们便应该高兴了。同时，霍金先生也从可观测的结果推论，宇宙目前的状态，可以由大量各不相同的初始结构演化而成，然而，并不能说每一类初始结构都应当会演化成我们所观测到的那种宇宙。从以上情况可以推导出这么几种可能。首先，今天所观测到的宇宙图像，在这之前可以是多重历史的，大爆炸理论并不是唯一正确的;其次，目前还没能找到一种比大爆炸更有说服力的学说来阐述宇宙的起源问题;第三，也可以看到霍金先生也希望有新的理论出现在世人面前，从中看出霍金先生博大的胸怀以及对科学孜孜不倦追求的精神。
霍金先生大爆炸理论所借鉴的理论是广义相对论和量子理论，然而这两种理论不能很好溶合，因此，霍金先生一直希望找到一种统一的自洽的理论来解释宇宙的起源问题。并且，在大爆炸论述过程中，他几次提到“如果广义相对论是正确的话”是否暗示着：广义相对论理论对解释宇宙起源有着无法逾越的障碍，是否可以证明使用广义相对论的理论在论述宇宙起源其本身就是不洽当的方法呢?或者说这种自洽或统一的描述宇宙起源的问题却不包含广义相对论呢?
在描述奇点的过程中，霍金先生在语言使用过程中，均使用了比较抽象的语言，首先奇点形态是零尺度的、无穷小的一个点，零尺度与一个点，我认为二者还是有区别的。同时，又告诉我们，奇点密度无穷大，时空曲率也无穷大，密度无穷大也是一个无法度量的概念，所以，奇点到底如何描述和界定，有待重新定论。
在讲述黑洞理论中，黑洞的形态是一个液体球，是一个在零速度情况下成为一个完美的液态球，当有自转速度时，在其赤道附近向外隆起，而一个由引力坍缩造成的奇点，只能出现在像黑洞那样的地方，而霍金先生更是肯定地说，奇点要么就象引力坍缩中的奇点那样永远出现在未来之中，要么会象大爆炸那样见于过去，二者必居其一，就是告诉我们，黑洞中肯定存在着奇点，而这个奇点与形成宇宙大爆炸时期的奇点至少是同一类性质的奇点。但是一个密度如此大的奇点，却存在于一个液体的黑洞中，似乎是不可思议的。是否也说明了目前如此多的黑洞中必然存在着与黑洞数量一致的奇点呢?
在讲述黑洞中存在的奇点，有大小之分，并论证到黑洞质量有大小之分，质量越大的黑洞蒸发越慢，反之越快，同时，在黑洞论证中，得出一个结论，一个质量为太阳若干倍的黑洞，其蒸发殆尽所需时间为1066年，而宇宙年龄仅仅为1010年，是否可以理解为宇宙起源中所爆炸的奇点至少在爆炸前的那一刻已经等待了1066年，当然还未包括奇点产生的经过。
一个黑洞为10亿吨质量被压缩成原子核一般大小，那么一个质量无穷大的奇点该如何描述呢?当然，黑洞与奇点是两个概念，然而，当黑洞中一定存在奇点的话，这两种性质的物质如何建立一种共生关系，亦就是说，奇点与黑洞是合而为一的，还是奇点存在于黑洞中某个特定的区域内呢?
在现今所观测到的宇宙空间中，的确存在着数量和质量较为可观的黑洞，也能证明，宇宙中存在的奇点也并不是唯一的。那么，在宇宙起源的那一刻，是否一定要把唯一的奇点作为开端呢?
在奇点爆炸的那一刻，零尺度的奇点作为原始宇宙来思考，这种概念也存在一定的问题，首先，零尺度的奇点爆炸在时间上是失效的。因为，无论你等待无限久远的时间，零尺度始终还会是零的尺度。其次，当宇宙由奇点爆炸后形成的高温造成了宇宙的暴胀，在膨胀阶段也是因为温度的原因，其中有一段理论是这么描述的，在大爆炸的一秒钟，温度会降低到100亿度，这大约是太阳中心温度的1000倍，不过氢弹爆炸时就会达到这么高的温度，大爆炸一秒钟后，一个零尺度的原始宇宙，在中心温度达到100亿度时，宇宙会暴胀，那么，我现在更想了解，氢弹爆炸后它所形成的空间有多大呢?
当宇宙中存在许多黑洞，可以表明二个问题：第一，黑洞不会无限止地吞噬周围的所有物质;第二，黑洞不是唯一的，即奇点也不是唯一的。
在大爆炸理论中，有一个假设，即为假设时空是光滑的，且近乎平直，同时也表明，我们只知道大爆炸以来所出现的事，那就无法推定在大爆炸之前曾发生过些什么，就我们而言，大爆炸之前的事件是不可能产生任何效果的。因而这类事件不应成为科学宇宙模型的一部分，这样的理解，确实也为大爆炸理论的不完整性埋下了伏笔。但同时给了其他学说反驳其理论的一个软肋。
从大爆炸理论来分析，似乎还隐含了奇点在大爆炸前是一个有限的空间，包括霍金先生在书中所论证的关于宇宙无边界有限的观点一样，只有在爆炸前，一个有限的空间才能形成一个区域中心，该中心会因为强大的引力作用而形成密度为无限大的奇点。因为，在一个有限空间中，奇点可以是唯一的，但其产生爆炸后会受到外围有限空间的制约，因此膨胀将受到限制，更不用说暴胀，在大爆炸理论中，霍金先生似乎想要给出的答案是，即使大爆炸之前的事件可以作为科学宇宙模型的话，宇宙也必定是一个有限的，无边界的空间，绝对不是无限的，因为无限，宇宙也绝不会以唯一的一个奇点爆炸形成。因为无限的空间，奇点就可能是无数个。
时间也被注入在大爆炸的那一刻起，正因为这样，宇宙的时间和空间也似乎很完美的溶入到了一起，但是，时间被赋予了一个点的开始，时间在宇宙中扮演了怎样的角色呢?
当宇宙空间温度已经到了K氏2-3度的今天，宇宙却仍以膨胀方式继续着，这与奇点大爆炸理论又形成重大的矛盾冲突。奇点爆炸的理论如何解决这个矛盾呢?
一个理论能否经得起时间的考验和权威的挑战，很大程度上决定于该理论的科学性;同时一个理论产生要解决的问题是什么?理论推导的结果与实际情况是否相吻合，这也是非常关键的问题，奇点大爆炸理论推导的结果与实际有一些关键点是相吻合的，如通过对宇宙辐射的观测得出，辐射表现为各向同性，那么，宇宙也一定是各向同性的，至少在大尺度上应该如此。如果理论推导的结果和实际情况无法完美地结合起来，则就有理由对其理论作出怀疑，造成这种结果可能有以下原因：①所引用的理论或者形象地比喻为使用的工具是错误的;②推论的方法有误，或者说疏忽了其中的某个历史，引起了推导结果的错误;③也可能一开始的假设就建立在错误上，结论当然不可能正确。
那么，霍金先生的奇点大爆炸理论为什么会存在理论与观测结果不吻合呢?大爆炸理论的描述可以看到，霍金先生是广义相对论及量子理论的权威，推导也非常完美，如果结果有误，则一定是量子力学和相对论两种理论的溶合性和自洽性产生了问题。所以，奇点大爆炸理论是否会被另一种学说所替代呢?继续对大爆炸理论的分析，以下几点问题也是大爆炸理论的软肋。
1、奇点大爆炸最后得出一个无界有限的宇宙空间，那么，在大爆炸前就存在这样一个空间吗?
2、在一个有限的空间中奇点能产生吗?奇点是唯一的吗?
3、奇点大爆炸理论在奇点处失效，也即爆炸前的所有时间是没有意义的，但是这样一来，宇宙的年龄计算就存在很大的差距了。
4、广义相对论和量子力学的不溶合，为什么还要作为研究宇宙起源的理论呢?没有其它更为适合的理论了吗?
另外，宇宙空间中各向同性是否也可以表明，宇宙空间中正如弗里德曼的解释一样，宇宙不论从哪个方向去观测，看上去都一样的，也即在宇宙空间中不存在中心区域，是否也能说明现在的宇宙确实不是一个有限的空间，同时宇宙并不是整体在旋转的，自1929年哈勃观测发现宇宙星系在膨胀开始，人们才意识到宇宙并非是静态的。比如，我们所认识的微观世界中电子围绕原子旋转，在宏观世界中卫星围绕行星旋转、行星围绕恒星旋转、太阳系围绕银河系旋转。总之，小质量物质围绕大质量物质旋转，似乎是永恒的主题，而且围绕的中心物质所占的比例必定也很大。比如，太阳占整个太阳系质量的99.96%，然而宇宙的膨胀却表明，宇宙并不存在着一个能使宇宙中所有的星系物质围绕其旋转大质量的中心区域。是否可以证明宇宙该是一个无限的空间了呢?
这种无边界、有限的宇宙空间可以证明奇点大爆炸理论的正确性，然而以下问题却来自理论本身。
(1)用广义相对论和量子理论两个理论，是解决两个不同尺度的物质之间的引力问题，两种理论的不溶合性，是否说明所使用的理论本身存在牵强的成份呢?
(2)奇点爆炸理论，最大的缺陷应来自于奇点本身：①黑洞蒸发的时间过程为1066年，形成时间如何界定;②奇点爆炸的威力是否能形成现今所观测到的宇宙空间，并且不能解释为何至今在宇宙温度只有K氏2-3度时，宇宙仍处于膨胀之中;③奇点的形态也无法用精确数字描述，过于抽象。无法对奇点的大小、形状、密度等基本物理数据进行确认。④观测宇宙的结果表明，黑洞不是唯一的，即奇点也不是唯一的。⑤黑洞的形成是奇点产生的必然条件，黑洞没有完全捕获周边的所有物质，是否证明，黑洞的质量应该是有限的，所有奇点的密度也并非是无限大的。
(3)奇点可以作为原始宇宙考虑吗?奇点在大爆炸瞬间是零尺度，所以大爆炸初时宇宙尺寸因体积为零，不可能暴胀，其次，大爆炸一旦开始，爆炸区域内的状态是极端无序的，与霍金先生所论证的，从有序到无序熵的增大，与时间简头相一致的论点相违背。
因此，综上所述，霍金先生的大爆炸理论，在整体上分析，确实有一些不敢苟同之处，或者可以说也是我试图写《宇宙学原理》这篇文章的初衷。当然，我也希望有业内人士对我的理论提出不同的建议，我将感到非常荣幸。
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