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此文是张操在5月26日在上海非共识科技研讨会的学术报告，以供交流。 “时间简史”一书是英国著名物理学家霍金的畅销科普著作。在中国发行的十几年中，销售量已达几十万册。有些中小学把这本书指定为课外读物，在中国很有影响力。[1] 我本人也是从事时空物理学研究的，在中国和美国的大学长期做研究工作。我清楚地知道，“时间简史”中的很多观点仅仅是假设，模型，或者是科学幻想。可是一经输入中国，则被大量科普宣传，对青少年学生形成了误导。正因为霍金是位著名的物理学家，他的误导,负面影响就非常大。以“时间简史”的标题而言，在概念上就存在混乱。时间是描述物质运动变化的持续性和顺序性的物理量，其特点是一维性和不可逆性。俗话说，“时光流逝，斗转星移”。也就是说，时间概念可以描述各种事物演化的历史，它是一串用日期和时刻表示的参数，本身并没有历史。现代宇宙学把时间概念搞得太复杂化了。地球自转是个天然的时钟。在1960年以前，以地球自转的周期作为时间基准，秒长定义为一个平均太阳日的1/86400。钟表这种精密装置的出现，使时间的量度具有可操作性。为了提高时间的量度的精度，1967年国际计量大会把秒的定义与铯原子的辐射周期相联系。这种新的定义以及原子钟的应用并没有改变时间的概念。霍金的“时间简史”从标题开始，就假定时间（和空间）都是由宇宙大爆炸产生的。他和很多天文学家认为，现在宇宙的年龄约为100亿至150亿年之间。也就是说，大约在150亿年以前，宇宙发生了大爆炸，超高密度的物质（能量）从不可思议的奇特“粒子”爆发出来，于是空间在扩展，时间在延续。所以，霍金把“时间的历史”作为了宇宙膨胀历史的代名词。宇宙大爆炸学说是怎么一会事呢 ？在1929年，美国科学家哈勃发现河外星系的红移量与河外星系离地球的距离成正比[2]。 红移是指光谱线向波长较长的方向移动，即向红端移动。在地球上，红移通常是由于光源退离的多普勒效应引起的。多数天文学家猜测，河外星系红移也是由于光源退离的多普勒效应引起的。于是就推论得：宇宙中的星系在不断膨胀，离地球越远的星系，膨胀的速度越大。所以，河外星系的光谱线的红移（又称为宇宙学红移），被看作是现代宇宙学的主要观察依据。如果把时间坐标反推，可推测到宇宙的初始时刻是个超高密度的超级量子，即是宇宙大爆炸的开始。在这里应该强调指出，关于河外星系退离的速度从来没有用其他方法测量过。此外，类星体的高红移至今没有合理的解释？所以，宇宙膨胀学说以及宇宙大爆炸仅仅是一种理论的推测。宇宙大爆炸学说给出的各个宇宙时期的主要物理过程如下：1．宇宙创生时的极早期。指宇宙年龄约为10-36秒的时代。宇宙膨胀极快，称为暴涨。夸克、胶子等粒子是这一时期的产物。 2．宇宙早期。宇宙年龄在100秒左右。冷却的物质开始形成轻元素的核，包括氢、氘、氦。所以，也称为核合成时期。 3．近期。当宇宙年龄到十万年时，宇宙温度已下降到4000 K。原子得以形成并保持下来。第一代恒星形成于宇宙仅有几百万年历史的时候。在随后的几十亿年间，星系开始出现，我们的太阳和太阳系形成得稍晚，大约在45亿年前。到现在，宇宙温度已冷却到约3K。 在五十年前，当宇宙大爆炸学说刚刚提出时，人们对“真空不空”的事实了解不多，多数物理学家认为宇宙空间是一无所有的虚空。所以在当时，宇宙大爆炸学的提出是可以理解的。后来，很多实验证据表明，物理真空具有极其复杂的性质。物理学家还发现，宇宙空间中存在的3K微波辐射。近年来，物理学家认为宇宙中占95% 的是暗物质和暗能量。问题在于，极远方的河外星系发出的光子，长跑了100亿年，难道它与物理真空（以及与3K微波辐射，或者与暗物质）一点没有相互作用吗？奇怪的是，为什么主流宇宙学家们不愿意回过头来审视一下：宇宙大爆炸学说刚提出时，要求宇宙空间是虚空的前提是否成立呢？根据物理现实，假如远方的河外星系发出的光子与物理真空（以太场），以及与3K微波辐射，或者与暗物质有一种超微弱的相互作用并损失能量，那么宇宙学红移可以得到解释。[3-6] 在霍金的“时间简史” 一书中多次提及上帝或造物主的作用。在 “时间简史” 一书的导言中，一位物理学家评论说：“这又是一本关于上帝 … 或许是关于上帝不存在的书 … 霍金着手回答关于上帝在创生宇宙时有无选择性的问题。在新版的《时间简史(普及版)》一书中，霍金加了一章：虫洞和时间旅行。霍金提及，根据相对论，可能制造出“时间机器”，人们可以旅行到未来世界。这种幻想当然很吸引人，人们可以在时空隧道中来回穿梭，一回儿跳到过去世界，一回儿飞到未来世界。这种构想可以拍成有趣的科幻电影，有利于商业操作。问题在于，不能把科学或科普与“科幻”混为一谈。这样会对青少年学生产生误导。可惜的是，当中国引进西方科普著作和进行科普教育时， 往往是照单全收，而对于国内的非共识的意见及创新见解却很少采纳。所以，在中国在科普教育中，如何减少从西方引进的科普与“科幻”混为一谈的现象，这是广大文化工作者和科技工作者需要认真研究的问题。 附录：一个检验激光频率红移的实验建议摘要： 我们建议让一束激光通过具有一定程度导电性能的气态物质, 对宇宙学红移进行模拟试验。一．引言我在1974年以及1990年曾经在物理杂志和美国太空总署的会志上发表过二篇论文。中心思想是在电磁波方程中引入一项阻尼项，这样在方程的解中，会有一项电磁波能量减少项的出现。[3] 为了探讨电磁波在传播过程中能量减少的机制，考虑到电磁波在金属中有能量减少和色散的现象，我们假定宇宙空间的电导率是个很大的值，可是不是无穷大。 从这个新途径，我们试探宇宙学红移的物理解释[4-6]。二．实验建议 由于宇宙学的尺度很大，远远超过太阳系，所以我们建议让一束激光通过具有一定程度导电性能的气态物质, 进行模拟试验。我们改装一条日光灯管，使它的二端是透明的玻璃平面。日光灯管内具有导电性能的气体。 先让一束激光通过一个光束分裂装置，变成二束平行光束，其中一束光通过具有导电气体的日光灯管，另一束光通过一块透明玻璃片，使得二束平行光的光程相似。再让二束激光通过一个光束会合装置，形成一束混合光，再输入一个差频接收器。首先，我们定性观察是否有差频存在，再调节日光灯管的长度，改变管内导电气体的浓度和成分，进行多种定量试验。我希望，上述实验建议能够得到有关激光专家的研讨，并进行试验。本人感谢Dr.沈建其的有益讨论。 参考资料 [1]. S. 霍金,《时间简史》，艺文印书馆，1990。 [2]. E. P. Hubble, Proc. Nat. Acad. Sci, 15 (1929), 168.[3]. T. Chang and D. G. Torr, "A Tentative Explanation of Cosmological Red Shift", Paired and Interacting Galaxies, NASA Conference Publication 3098, P.491 (1990).[4]. 熊承堃，刘良俊， 《太极子物理学初论》，第八章，重庆出版社，2003。[5]. 张操，《物理时空探讨》，第3.18节，华夏文化出版有限公司，2005。 [6]. 沈建其，对Chang’s宇宙学红移的尝试性解释的一点说明，preprint, (2005)。 (作者为美籍华人学者) |
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