宇宙空间的特性是什么,大爆炸理论始终没有讲

2019-08-14 18:00栏目:科技中心

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大爆炸宇宙学的基本核心,就是宇宙在膨胀并且是在加速膨胀。为了能更好地探讨这个问题,我们有必要回顾一下大爆炸宇宙学理论的诞生。

看科幻电影的时候,经常会出现超光速的情节,但当你学到大学物理的时候,才明白现代物理学并不允许物质的运动速度超过光速。于是你会感叹:科幻毕竟是科幻。

天文工作者首先发现银河系以外的星系离我们愈远,其红移值愈大。根据我们对声波多普勒现象的认识,人们便自然联想到星系是否在飞离我们,而且离我们愈远的星系其飞离的速度也愈大。问题的推演到此并没有结束,如果所有的星系现在都在飞离我们,那么在一个久远的过去,这些星系是否应该聚集到一个点?于是,我们的宇宙是由一个点经过一次大爆炸,随后又不断膨胀而产生的观点便这样顺理成章地出现了。之后天文学领域中若干新的观测结果,如宇宙背景辐射等更进一步证实了大爆炸宇宙学观点。但是,事实真的如大爆炸宇宙学理论所解释的那样吗?笔者的回答则是完全否定的。

其实不然,超光速现象在宇宙中比比皆是。不过,大家需要理解的是,不可超光速指的是物质的速度极限。而宇宙中还包含其他速度概念,它们并非是物质现象。而且相对论所说的光速作为上限速度是能量或者信息的传递速度。

其一,宇宙空间不可能发生膨胀。

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如果某种速度现象并不是物质的运动呢!那是不是这种速度就可以不用受到相对论的束缚而可以超过光速?答案是肯定的,只要你不是物质运动的速度,相对论才管不着你。

既然宇宙是由所谓大爆炸产生的,人们首先就会提出这样的问题:宇宙空间真的能够膨胀吗?为了回答这个问题,我们不妨先搞清楚什么是人们所说的宇宙空间。大家知道,科学的时空观认为,空间和时间一样,都是运动物质存在的一种基本形式,而所谓空间则是指运动物质的广延性。但由于物质在真实三维空间中运动的无限性,决定了运动物质的广延性也必然是无限的。这似乎可以与现在人们认为物质引力所及范围是无限的相类似(虽然物质引力传输的距离未必是无限的),所不同的是空间仅仅是运动物质的一种存在形式,而存在形式的范围所及是不需要任何传播过程的。也就是说,只要有物质的存在,空间也必然同时存在。但引力的传输则必须依靠物质的引力子,其传播速度也必将受到光速的限制。由此,我们就不难得到一个明确的结论:宇宙空间与物质是同时存在的,本来就是无限的,因此也根本不存在所谓空间膨胀这一大爆炸理论所设定的命题。

现在我们才可以理解按照宇宙大爆炸理论,宇宙起源于138.2亿年前的奇点大爆炸,而我们目前仅仅可观测到的宇宙半径就达到了460亿光年。

不仅如此,我们还可以从另一个角度来证明空间并未发生所谓的大爆炸。按照大爆炸理论,离我们愈远的空间飞离我们的速度也愈快。当然,被该空间携带的星系飞离我们的速度也愈快。而根据狭义相对论,当星系飞离的速度愈接近光速,则其质量也就愈大。计算表明,当星系相对地球的 速度为0.9倍光速时,该星系的质量为其静止质量的约2.3倍;当速度增加到0.999倍光速时,该星系的质量则激增至其静止质量的22.4倍。显然,其速度趋近光速,则其质量趋于无穷大。现今,按照大爆炸理论给出的最新哈勃常数和宇宙半径计算,飞离我们最快的星系速度即使达不到超光速至少也应该无限接近光速了。在这种情况下,星系在数十万倍增加的物质引力的作用下,最终引发星系剧烈塌缩并生成黑洞则是完全可以预期的。当然,这样的黑洞我们很难观测到。但就银河系内相对足够遥远的星系来说,其飞离速度也应该趋于光速,因此银河系的质量也理应趋于无穷大。但是,实际情况并非如此,我们周围的一切都很正常。我们总不能设想,我们面前的任何一个物体,其实际静止质量真的趋于无穷小吧?

其实在奇点大爆炸后的某段时间,宇宙处于暴胀时期,这期间的宇宙膨胀速率以指数形式增加,其速率远远超过光速,也正是因为暴胀的空间扩张也奠基了今天的可观测宇宙尺度大于宇宙寿命按照光速膨胀的尺度。

现实的状况与大爆炸理论的逻辑结果为什么会有如此大的差别呢?最简单的答案是:要么是狭义相对论出了问题,要么就是并不存在所谓宇宙空间的膨胀,更不要说什么近光速的膨胀了。

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大爆炸理论的支持者也考虑到了这种情况,于是他们坚持说,星系只是被空间携带着,而相对于空间并没有运动,因此也就不会发生所谓狭义相对论的问题。笔者认为,这其实是一种自欺欺人的说法。设想在一条加速流动的河水中,上下游A、B两点分别有一条无动力小船在漂流着。一般来讲,小船相对于船底的水流并无相对运动,但毋庸置疑的是,A、B两点的水流是有相对速度的。因此,无论将坐标系原点选在哪里,两条船间有相对速度也是不可否认的。当这两个点水流的相对速度超过光速时,两条船的相对速度必定也会超过光速。

在宇宙暴胀时期,两个粒子之间的距离会因为空间膨胀而拉大,这种速率远超光速。如果你按照经典思维理解,会认为两个粒子之间的远行速度超过光速了。其实粒子并没有被加速到超光速,而是空间膨胀超光速了。而空间又不属于物质范畴,这种超光速现象不违背相对论。

其二,宇宙空间的驱动源是什么?

还有一种经常听到的超光速现象,那就是量子纠缠,按照现有的量子理论,把一对纠缠粒子分别放置地球和火星上,对地球上的纠缠粒子进行观测,会同时影响到火星上的纠缠粒子。这种作用几乎都没有时间间隔,而火星到地球最近的距离光也需要行进184秒。

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退一步说,如果空间真的可能膨胀,那由此会产生更多的问题。人们首先要问的就是:空间是因什么力量膨胀的?

但是量子纠缠并没有确定的信息传递,比如一对纠缠电子,自旋相反,发射方一个,剩下一个给接收方,如果发射方的自旋向上,那么接收方就记录0,反之则记录1。现在接收方和发射方距离无限远,他们之间想传递“010”的信息,发射方就需要测量电子自旋来使得电子自旋为上下上。但是问题来了,自旋测量给出的结果是随机的,“上下上”和“上上上”等一切组合的可能性都相同,发射方没法保证传递的是“上下上”,所以接收方看到的只是一个随机的二进制三位数,那么就想当于没有传递任何信息。没有信息或者能量的传递,所以相对论也限制不了量子纠缠。

新濠国际,据说,宇宙的大爆炸经历了两个主要阶段:其一是自旋为零的标量场(也就是所谓的暴胀子)造就了普朗克尺度宇宙的暴胀;其二则是由所谓暗能量驱动宇宙空间发生了后来的热大爆炸。

根据大爆炸理论,从宇宙大爆炸开始后的1E-36秒~1E-34秒,微宇宙以指数增长的速率急剧膨胀。在这极短的一瞬间,微宇宙竟由一个极小尺度的球(他们给出的数据相差极大,从1E-33厘米到3E-25厘米)胀大到几毫米甚至10厘米的大小,其膨胀速度竟达到几亿亿亿倍光速。这就是有名的暴胀理论,它认为暴胀的基本动力源就是标量场的再次量子涨落。“当宇宙仍如普朗克长度那么大时,如果给它一个猛烈的向外推动,就会促使微宇宙发生暴胀。”而这个“猛烈的向外推动”正是由于标量场的再次量子涨落才得以实现的。

但是,人们要问的是,这些自旋为零的标量场是从哪里来的?事实上,即使量子理论,其基本粒子的标准模型中也没有大爆炸理论所需要的标量场,即由自旋为零的介子所构成的场。该理论的标准看法是,在暴胀前的大统一时期,存在着大统一的原始力。而按照大爆炸理论,那些构成自旋为零的介子的夸克,也只是在所谓的暴胀中才被生成的。当然在暴胀之前,由这类自旋为零的介子构成的所谓标量场也不可能存在。不过也有人说,暴胀前还存在着自旋为零的希格斯粒子。很多人认为,现有已知的60余种基本粒子中,有质量的粒子其质量都是从希格斯场中获得的。但遗憾的是:认为希格斯粒子必定存在的希格斯本人,却并没有赋予希格斯场推动宇宙空间急剧暴胀的特殊功能;标量场即使存在,但它又是如何以“猛烈的向外推动”来推动空间以极其巨大的超光速暴胀的。显然,在大爆炸理论中对于空间如何暴胀(包括后来所谓的热大爆炸)的机制,从来没有做出过任何解释或是猜测。

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