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? 7. 现代宇宙学标准理论面临危机
自古以来我们总认为宇宙物质在总体上是静止的，这种静态的宇宙实际上存在一个问题，即宇宙如何才能保持稳定。因为如果宇宙是静止的，是什么力量使宇宙物质抗衡万有引力而保持相对静止呢？但物理学家似乎一直不太关心这个问题，以至于美国天文学家哈勃在上世纪20年代提出宇宙在膨胀时，全世界为之震惊。物理学中有一种光学现象，叫做多普勒效应。指的是当光源远离观察者而去时，光的波长变长，在光谱上表现为光的颜色变红。当光源朝观察者运动时，光的波长变短，颜色会变紫。如果宇宙在整体上是静态的，从统计学的角度，在地球上观察宇宙中天体发出的光的颜色应当即有变红的，也有变紫的。然而哈勃观察到的却是，河外星云的光谱普遍红移。河外星云指银河系之外的银河系，宇宙中据说有几千亿个银河系。光从银河系的这头传播到另一头要十万年，够庞大了吧。但在天文学家的望远镜中，大多河外星云只是一个迷迷糊糊的点。凭着这些迷迷糊糊的光点的红移，哈勃断言我们的宇宙正在膨胀，这似乎是按逻辑推论唯一可能的结果。 什么力量导致宇宙的这种膨胀呢？只有认为你我连原子都不是的几百亿年前，宇宙经历了一次大爆炸。早期的宇宙蛋被炸成粉末，四处逃散，我们现在看到的是大爆炸劫后余生的场景。因此如果有人声称宇宙现在不但在膨胀，而且还在加速膨胀时，你就能想象当初的景象会有多么壮观。1998年两组天文学家在美国“天体物理学”杂志发表论文，根据对Ia型高红移超新星红移的观察，在宇宙学标准理论的基础上进行推论，声称宇宙70%的物质是暗能量，在暗能量的驱动下我们的宇宙正在加速膨胀。这个结果在物理学界乃至一般公众社会中造成轰动性影响，多次被各国科学与新闻界评为年度科学新闻之首。 然而按物理学的基本原则，由于存在引力的相互作用，宇宙膨胀被认为应当是一种减速过程。暗能量概念在传统物理学中则是没有地位的，因为它既不是一般意义上的物质，也不是一般意义上的能量。一般物质之间存在引力作用，而暗能量被认为具有排斥作用，它的存在能使宇宙间的物质彼此加速分离。由于宇宙膨胀过程中其他物质的密度不断减小，而暗能量的密度却被认为始终保持不变，我们的宇宙最终将由暗能量占绝对的统治地位。因此如果暗能量确实存在的话，在经历了足够长的时间后，宇宙中所有物质的成团结构都将分崩离析。大至星系、恒星与行星，小至我们人类和所有生物都将不复存在。由于那时不再有发光的天体，宇宙将进入真正寒冷与黑暗的时代。 由于关系到宇宙未来的命运，暗能量和宇宙加速膨胀理论引起科学界的极大兴趣。目前各国政府相继拨款，研究机构纷纷立项，众多物理学家投入对暗能量的研究。暗能量问题已经成为当今世界物理学和天文学最为关注，最为热门课题之一。然而暗能量概念实在怪异的很，物理学家们至今不知道它到底是这么回事。按照预测宇宙中70%的物质是暗能量，在太阳系和地球周围的空间中也应存在，能被我们人类所感知。但目前没有任何实验和观察能证明暗能量的存在，在太阳系甚至银河系的空间范围内，也没有观察到物质间存在加速分离的趋势。暗能量似乎象鬼魅一样存在，象鬼魅一样在其作用，又象鬼魅一样无法察觉。为解释暗能量，物理学家们提出的理论可谓五花八门，但至今没有一个理论被认为是真正可能的。以至于目前物理学界已基本形成共识，认为暗能量本质的阐明将大大促进物理学基础理论的发展，甚至可能引发一场物理学革命。当然这种看法的前提是，存在暗能量，只是你还没有认识它。 然而只要你是一个彻底的唯物主义者，就不应该相信有鬼魅这种东西。一定又是我们的宇宙学基本理论在什么地方出了差错吧。追根溯源的结果，博主发现现代宇宙学标准理论的基础之一，罗伯逊—沃克度规存在合理性问题。按照罗伯逊—沃克型度规，天体在膨胀宇宙中发出的光满足的是牛顿力学的伽利略速度相加规则，这违背现代物理学最基本的规则，与所有现代物理实验和天文观察相矛盾的。现代物理学有一条基本规则，就是光的速度与光源的运动状态无关。这是实验事实，也是光速不变原理的真正的本质所在，任何物理理论都不能踩这条红线。尤其是高红移超新星，其运动速度可以达到与光速相同的数量级，发出的光是绝对不可以采用伽利略速度相加规则的。整个证明过程非常简单，它根本无法反驳，除非你不顾现代物理学的基本原则。 问题在于老兄将这篇论文投到世界上好几家著名杂志时，都被莫名其妙地退稿，完全无正当理由的退稿。我的吗呀，你老兄这次可是在维护相对论呀！你反对相对论，说要把相对论给灭了，人家不理你。你改邪归正，说谁敢反对光速不变，我要把他给灭了，人家还是不理你。这世界还有你的活路吗？这下总算搞明白了，人家只喜欢流行的东西，管他真理不真理，相对不相对。人家说有暗能量，你就说有暗能量，这样多顺畅。跟着走，你有吃有喝。逆着走，你喝西北风去吧。难怪街上的乞丐老爱跟着你走，许多搞科学的都这样弄吃喝呢。 不说笑话，咱们言归正传。罗伯逊—沃克型度规是用来描述宇宙时空膨胀的一种基本数学结构，将它与爱因斯坦引力场方程相结合，建立起现代标准宇宙学理论。因此建立在相对论基础上的现代宇宙学理论是不应当违背相对论基本规则的，采用伽利略速度相加规则意味着倒退回牛顿经典力学时代。罗伯逊—沃克度型规在本质上是经典牛顿力学的时空度规，不是现代物理学意义上的时空度规。自爱因斯坦提出广义相对论以来，罗伯逊—沃克度型规在宇宙学中已被应用了七十多年，谁想到还存在这样的基本问题！ 这下问题就严重了，它意味着现代宇宙学标准理论必须推倒重建，现有宇宙学中许多基本观点和结论都得重新审视。其中最直接的就是暗能量和宇宙加速膨胀理论。由于建立在伽利略速度相加规则之上，暗能量和宇宙加速膨胀理论已经没有物理学根据，变成了虚假命题。现有宇宙论取得的成就是巨大的，但其中也隐藏了巨大的危机和数不清的谬误。这些问题都出在宇宙早期和高速膨胀的情况下，而这些恰恰是超出经典牛顿力学适用的范围，必须采用相对论力学。在这些区域中继续采用牛顿力学意义上的时空度规，不出问题才怪呢，现在是到需要彻底清理的时候了。 就比如大大有名的宇宙早期暴涨理论，认为宇宙早期存在一个持续了10-33秒的暴涨时期，宇宙尺度膨胀了1074倍。这种暴涨理论有两个致命的弱点。一是它依赖于类似希格斯粒子的标量场，但如第一篇所指出，粒子物理学标准理论不需要希格斯机制也能自恰。因此理论上希格斯粒子不存在，暴涨理论也就没有物理基础了。二是它导致极度超光速的运动，暴胀的平均速度可达1041米/秒，约是光速的1033倍。现有物理学中没有任何机制能解释这种大大超光速的运动速度，如何使人相信暴涨过程的存在？至于宇宙无中生有，从奇点中诞生的假设，更象上帝创世之说，已经不是科学范畴之内的事了。因此当罗马教皇跪在果核里的圣徒（霍金）之前俯首称臣时，你就能想象他对科学挽救宗教的感恩之情了。 问题还不仅仅如此。进一步考察标准宇宙学后，你会发现描述膨胀宇宙的引力场方程中采用的是静态的能量动量张量。也就是说我们实际上只考虑宇宙物质处于相对静止的情况，没有考虑宇宙物质的运动。然而相对于地球上的观察者，膨胀宇宙中物质存在相对运动速度，为了使理论描述能与实际天文观察和测量过程相一致，我们必须采用动态的能量动量张量。然而可以证明，一旦采用动态能量动量张量和随动坐标后，我们不可能找到合适的时空度规，来与爱因斯坦引力场方程相结合，合理描述均匀且各向同性膨胀的宇宙。或者更直接地说，爱因斯坦引力场方程在宇宙学中是不适用的。标准宇宙学理论面临真正的危机！这种危机与爱因斯坦引力理论的困难是一致的，必须与引力问题一并考虑，才能得到真正合理的解决。对爱因斯坦理论体系的总体改造方案简介可见概论。 |
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