正交的多度规多宇宙时空理论      2006-10-29

（The Theory for Spacetime of Multimetrice of Multiverse to be Tangency Each Other ）

关键词 大爆炸（the big bang） 多宇宙（multiverse） CPT守恒（CPT conservation）    (Key Word)  光压（light press） 反引力（antigravitation） 中心黑洞（the central black hole）   

            度规（metric）  度作用力（the metric^，s force）   类空空间（the spacelike space）   类光空间（the lightlike space）  类时空间（the timelike space）  真空光速（the light speed on the "→∞"relative vacuum）  相光速（the light speed on the phase space）  宇宙大白洞（the white hole）  宇宙原钟（the basal clock of multiverse）

正交的多度规多宇宙时空理论（the theory for spacetime of multimetrice of multiverse to be tangency each other）  运动时钟（The clock on the relative movement） 裸黑洞（neked black hole） 类星体（quasars） 绝对静止坐标系

（the reference frame of absolute rest） 契仑可夫辐射（Cherenkov radiation） 统一场理论（the theory of the unified field）

内容提要：介绍了正交的多度规多宇宙时空理论的主要思想和论述：它推演的宇宙演化全过程；阐明的量子现象服从统计率，物质具有波粒二象性和测不准率的物理根源。它肯定了相对论的正确及牛顿力学正确之所在；肯定了超弦理论和霍金研究的积极意义。它不仅是宇宙演化的理论，也是统一场的物理理论。

Content Summary：It introduces the main ideas and discussions of the theory for spacetime of multimetrice of multiverse to be tangency each other：The theory reasones out the entire process for the evolvement of multiverse ；It clarifies the radixes of physics about the statistical law of quantion and the wave particle duality of matter and the uncertainty principle 。It affirmes the validity for Einstein relativity and Newton mechanics ；It affirmes the active meaning about the superstring theory and Hawhing^，s disquisition 。Not only it is the theory for the evolvement of multiverse ，but also the theory of the unified field 。

大爆炸形成的光球宇宙不仅是个时变场，还是个梯度场。大爆炸后相互作用的逐级分离不是在全域同时进行的，而是随着时间的推移，由表及里逐步展开的；越来越复杂和丰富多彩的物质形态，也是随着时间的推移，在宇宙内由表及里逐步发生的。光球宇宙原本是各向同性的，由于弱作用是电荷、宇称、时间（CPT）反演联合守恒的，它的去耦和随后的中微子脱耦，使各向同性的对称性自发破缺，导致了镜面对称的正反物质宇宙时空的形成。CPT守恒的镜面对称决定了正反物质之间的引力是反引力--斥力。正反物质宇宙时空形成之时，反引力和光压极为强大，其对光球的反作用力--向心压缩力也极为强大，从而在爆心处形成一个中心黑洞。中心黑洞与其周围的正反物质宇宙是同时形成的，并相接相切于中心黑洞表面的光子帘，故这些宇宙相对于中心黑洞的运动速度及宇宙内的光速就是切点处中心黑洞的表面光速。中心黑洞的中心就是大爆炸的爆心，就是绝对静止坐标系的原点和宇宙原钟的所在地。而其周围的正反物质宇宙内只有相对运动坐标系。同性物质间的引力既引起物质的凝聚，不同凝聚间的引潮力又引起它们之间的分离，来自反物质世界的反引力又会促进这种过程。正反物质宇宙终于各自分裂成N个宇宙，N个宇宙间相接相切于光子相。大爆炸形成的光球宇宙已叠合在2N个宇宙之内，成为我们观测到的宇宙背景辐射。这2N个宇宙之间的相互作用力--光压，称为度作用力，各度宇宙所受中心黑洞的引力看作为0度作用力。任一宇宙所受的度作用力都来自其类空空间，但作用点在类光空间。度作用力是引起宇宙内的类时空间的量子效应的外力，光子和声子的波粒二象性是物质量子效应的内在原因，量子统计律就缘由此。量子力学是度作用力的表象理论，h是度作用常数。

量子理论承认了量子统计规律的客观性，并承认其仅是客观世界的表象理论，但无从阐明量子服从统计律的缘由，这就是爱因斯坦始终不能信服它的原因。大爆炸是宇宙膨胀的初始原因，我们所在的宇宙与邻接的它度宇宙之间的引潮力及反世界的反引力是宇宙空间加速膨胀的后继原因，连同光压，是形成膨胀压的机理。由于N是极大的数，这2N+1度规的宇宙可等价于三度规四宇宙时空：被中心黑洞隔开的正反物质宇宙和包围它们的光球宇宙。尽管目前超弦理论还没有提出可以用实验检验的推理，尽管有些人认为它是数学游戏，但正交的多度规多宇宙时空理论指出，超弦理论的二个基本点是有道理的：一是基本粒子都是超弦，有静止质量的粒子是闭弦的纽合物，无静止质量的粒子是开弦，二者是可以相互转化的；二是时空至少是十维的，九个空间维，一个时间维。不过，正交的多度规多宇宙时空理论说，时空至少是十二维的（三度规的），有九个空间维，三个时间维，但独立的时间维只有一个，因为有二个时间约束方程。至于我们只能看到三个空间维，是因为另二度与我们所在的度正交，在我们的度规上的投影是一个点，因而我们看不到，并非是其它六个维太微小或卷缩着！正交的多度规多宇宙时空理论认为，如果超弦理论引入多度规时空观念，它应该可以走出其当前的困境。

由天文观测知，我们所在的宇宙是在加速膨胀。这就表明，我们所在的宇宙本身是个非惯性运动坐标系。相对论明确指出：相对运动和引力破坏了同时性。因而，宇宙不可能用单一的时钟来描述我们所在宇宙的运动、演化，即宇宙不可能是单一度规的！唯有多度规多宇宙时空（在2001年它就推断宇宙仍在加速膨胀）才能描述。多度规的多宇宙时空是正交的。它揭示了来自类空空间（作用点在类光空间）的度作用力是我们这个类时空间区内量子统计规律的缘由，量子力学是度作用力的表象理论，h是度作用常数。而正交的多度规多宇宙时空理论对此作了科学的阐明，而且就是用的相对论观念。现有的量子力学是建立在单一时钟的基础上的，它所说的多宇宙是平行的，必然导致神鬼世界与人类世界平行不悖，而"人择原理"也就是"神择原理"！

面对微观世界的中微子既有静止质量，又以30万公里/秒的光速运动；宇观世界，天文观测到有二个星系以远高于30万公里/秒的速度相对运动；一些科学家开始怀疑爱因斯坦相对论的可靠性。正交的多度规多宇宙时空理论则指出，爱因斯坦相对论认定真空光速是一常数，任何有静止质量的物体不可能以此光速运动，更不可能超越此光速。而真空光速是要在大爆炸的波阵面处才能测到的。我们测到的光速是我们所在的宇宙相对于中心黑洞的运动速度（中心黑洞的视界光速），即我们这个运动坐标系的运动速度。根据相对论，它也就是在我们所在的宇宙内测到的光速--星际空间相光速。而有静止质量的物体以同相光速运动，甚至超相光速运动是可能的，不过会发生切仑可夫辐射。这正是中微子振荡衰减的缘故，也是太阳中微子的实测值远比理论值低的原因。中微子震荡衰减成光子，用实验来验证此，是检验正交的多度规多宇宙时空理论的正确与否的一个方面。正交的多度规多宇宙时空理论指出，那二个星系之间有一个共同的黑洞，当它们的分离速度超过80万公里/秒时，它是第一类类星体，是颗亮星。二个星系中有一个是反物质星系。由此也可检验该理论的正确与否。因而，这二个看似与爱因斯坦相对论相悖的事例，实质是表明了人们对光速的误解，而非相对论不对。正交的多度规多宇宙时空理论运用相对论和量子论推导出真正的真空光速应为80万公里/秒，并推导出光速与物质分布密度及场强的关系式，现代物理实验是可以检验的。现有的单度规的相对论是正交的多度规多宇宙时空理论的低密度、弱场近似理论。正交多度规多宇宙时空是量子化的离散时空，在这时空中运动的粒子和物质波才呈现出波粒二象性。原子能级是核电磁场离散化、频谱化的实例；元素周期律是核电磁力频谱化的表现。原子核的壳层结构和核幻数就是核力场离散化，即核力频谱化的表现；而太阳系行星轨道的非随意性、非连续性正是太阳引力场频谱化的表现。量子理论和相对论已从不同的方面为人们部分地揭示了宇宙运动和演化的奥秘。因而，多度规时空是二者结合的统一场理论的时空几何，正交的多度规多宇宙时空理论就是统一场理论，它可揭示宇宙运动和演化的全过程。

它认为作为宇宙大爆炸的宇宙大白洞具有质量：二乘十的六十一次方公斤（2×10⁶¹Kg）。按宇宙原钟计，大爆炸后10^-12秒时，除了爆心处的极小区外，整个宇宙内强相互作用已被分离出去。大爆炸后三年二个月多，全宇宙内（除爆心外）都进入了强子和轻子时代。大爆炸六百三十四年另二个月后，宇宙除总尺度不足二十分之一的核心部分外，中微子全都脱耦，在这范围内正反物质分裂为两个世界，在核心部分生成中心黑洞。它是个长短轴比为10：1的旋转椭球体，质量是0.3837×10⁴³Kg；而我们所在的宇宙那时是个长短轴比为5：1的旋转椭球体，尺度比中心黑洞大得多，质量比现在略大，宇宙内的光速为8×10⁷米/秒。直到大爆炸后22.5723×10¹⁶秒(70多亿年)，光速还是那么大，宇宙以等速膨胀，此时中心黑洞的质量为4.33×10⁵⁰公斤，不足我们所在宇宙现有质量的一半，但质量已膨胀了千万倍以上；它仍是个长短轴比为10：1的旋转椭球体，而我们所在的宇宙那时仍是个长短轴比为5：1的旋转椭球体，其短半轴长约1.8×10²⁵米，为中心黑洞的短半轴长的二倍。此时中心黑洞以外的整个宇宙内光辐射全已脱耦，宇宙内光速开始加速，宇宙进入加速膨胀期，且中心黑洞与其周围的宇宙开始旋转；多宇宙时空完成了分离，正反物质世界的质量全部参与反引力作用到了最后的时刻。在这之后反引力作用将逐步减弱，宇宙内光速的加速度逐步变小，宇宙膨胀的加速度也同步变小，旋转加速度也同步变小。大爆炸后230.94亿年(以我们所在的宇宙内的时钟--运动时钟计为200亿年)，我们所在的宇宙已成为长短轴比为4：3的旋转椭球体，其短半轴长约138.59亿光年，比开始加速膨胀时增大5倍，质量较之少了37个银河星系的质量，其内的光速达30万公里/秒，较原初增大了2.75倍。美国据太空摄影算出宇宙尺度为137亿光年，比该理论计算值小百分之一。该理论指出，宇宙的最外层是光子层，那儿的光子是朝外辐射的，我们的相机在宇宙内部，是无法摄到这光子层的！故理论值大些才合理！而中心黑洞现今的短半轴尺度是115.47亿光年，比开始加速膨胀时增大了12倍多，其质量已达7.351×10⁵²公斤，增大近170倍，为我们所在宇宙当今质量的近74倍。可见中心黑洞比我们所在的宇宙膨胀得更快，尤其是质量。同时我们可见，多宇宙时空在大爆炸初期确有暴涨，而且在后来的近200亿年内也有较快的膨胀，在这期间它还旋转了30度，正好等于我们所在宇宙的运动坐标与中心黑洞中心(大爆炸的爆心)的绝对静止坐标间的洛伦兹变换的辐角值。宇宙在膨胀阶段，此洛伦兹变换的辐角值不变，即是恒快度运动。当宇宙旋转了45度，光速增大到40万公里/秒，中心黑洞及其周围的宇宙都将成为球形，这时中心黑洞已集中了多宇宙时空总质量的近89%，其尺度为我们所在宇宙当时尺度的二倍；而此时我们所在的宇宙尺度为1.484×10³⁴米,，较现在膨胀了一亿多倍，但质量仅为如今的11%，而这是在2.35×10⁸百亿年后的事了！在这以后，中心黑洞及其周围的宇宙将收缩，再经5.632×10⁷百亿年，中心黑洞吞噬了整个宇宙，成为裸黑洞，其视界光速达80万公里/秒。宇宙收缩的过程是快度增大的过程，洛伦兹变换的辐角值从30度涨到90度，中心黑洞则由45度转到90度。可以看出，如果把宇宙现在的年龄（200亿年）算作一岁，那它的寿命将是万万岁的！而在这万万岁中，宇宙的光速仅增大1/3，转过了15度。可见，当今宇宙已过了暴涨期，今后光速近乎为常数，故爱因斯坦相对论是适用的。成为裸黑洞的中心黑洞通过越演越烈的驻波振荡辐射和霍金辐射而日益变小，经1.653×10⁷百亿年，缩小到1.6×10^-13米之内，其内的大白洞爆炸，宇宙再度大爆炸，并在其周围的由中心黑洞蒸发而成的余辉中生成众多的微黑洞和一些小黑洞，并由它们作为新宇宙中的新星系的凝聚中心。宇宙相邻的两次大爆炸的间隔约3.079×10⁸百亿年。

中心黑洞的表面温度T_R=e_R/k_B=hv_R/ k_B = h / k_Bt_R = hC_h /2 k_BR_h = hC_h³ /4G k_B×M=Kβ³ /n，其中K=hC³/4G k_BM_O=2.427×10^-6K，n=M/M_O，M是中心黑洞的质量，M_O是太阳的质量；β=C_h/C，C =30万公里/秒，C_h是中心黑洞视界表面极点处的光速；h是普郎克常数，k_B是玻尔兹曼常数，G是引力常数。取β=1时，上式与霍金的黑洞温度公式一致。由于物理定律对洛伦兹变换是不变的，上式就是一般黑洞视界表面温度的普遍公式。因而霍金的黑洞温度公式应该是黑洞视界表面温度的公式。黑洞内部任意一点处的温度公式为T_r=T_R R/r=kβ/r，k=hC/2 k_B=7.2×10^-3Km。可见，越近中心，温度越高。按此式可知黑洞内部具有分层结构。在黑洞中心的普郎克尺度处（r=L_PL=1.616×10^-33m）温度为T₀=0.5βT_PL，T_PL=0.89×10³³K是普郎克温度，目前对中心黑洞，β=1，其T₀=0.5 T_PL，其中心的白洞还没成熟；当其成为裸黑洞时，β=8/3，T₀=4 T_PL /3，已远高于普郎克温度，白洞已经成熟了。中心黑洞内的密度分布函数为ζ=ζ₀ln(R_h/r)，ζ₀=9M/4πR_h³，R_h =2GM/C_h ；内部的光速C_r=C_h r/R_h =C_h exp（-ζ/ζ₀）；其内的压强P=P₁+P₂=(9C_h⁴/16πG R_h²)-(9C_h⁴/16πG r²)+π⁵h C_h /90r⁴ (Pa)，P₁是收缩压，包括式中的前二项，P₂是膨胀压，就是式中的最后一项。由S=Q/T_R =4GM² k_B /h C_h= k_B (8πG² M²/C_h⁴)/(2h M/C_h ³)π= k_B A/2πA_PL。 A=4πR_h⁴=16πG² M²/C_h⁴是整个表面积，A_PL=4πL_PL⁴=2hG/C，现在C=C_h。这就与霍金的黑洞熵公式一致。但我认为这个熵公式是有问题的。一则黑洞的温度仅表面是T_R，其次，其内部的白洞产生正熵，其它部分产生的是负熵，再则，按霍金的黑洞熵公式，黑洞蒸发时是不可逆过程，熵却减少了，与热力学第二定律不符！我得出的黑洞熵公式是：S=S₂+S₁=(4π⁶k_B/45)ln(βr₂/r₃)-(9k_BA/32πA_PL)[1-a⁴β⁴(1-4ln[aβ])]。其中r₂是白洞的外边界，r₃是白洞的内边界，r₂=h Cβ/2E_C ，E_C>12MeV是核物质汽化能量；r₃/L_PL=[33π⁷/(405×33²×β³-4π⁹)][(810×33²×π×β³-4π¹⁰)^0.5-2π⁵]。也就是说，白洞的大小与黑洞的质量无关，仅与黑洞的演化阶段有关。当今β=1，r₂=5.169×10^-14m，r₃=2.9762L_PL；当它成为裸黑洞时，r₂=13.784×10^-14m，r₃=0.4259L_PL。即使裸黑洞蒸发时，这白洞的大小是不变的。由此可见，在宇宙演化的全过程中，物质是进不了绝对无穷大真空的，白洞存在内边界，表明存在物质进不了的绝对零真空！故奇点∞和0 应排除在量子积分区之外！客观存在任何物质及其运动、演化不可能进入的绝对零真空是与时空有最小的量子单位，基本粒子都是空心的，引力与强相互作用斥力是相互制约所相互对应的。接受了绝对无穷大真空和绝对零真空的客观存在，也就可以理解相对无穷大真空和相对零真空的客观存在的科学性。现有的量子理论的奇点（零与无穷大）困难和发散困难就源于无视任何物质及其运动、演化不能进入的绝对无穷大真空和绝对零真空的客观存在。而这二者正是超弦理论所说的具有物理对偶性的客观存在的"时空"！

过去说，黑洞是无底的旋涡，白洞是黑洞的另一端。后来，史瓦西推算出黑洞是个球体，克尔和莱斯纳推算出黑洞也可能是旋转椭球体。而正交的多度规多宇宙时空理论指出：黑洞最初是克尔型的(也可能有莱斯纳型的)，最后才演化成史瓦西型的。而白洞是在黑洞的中心孕育起来的。白洞内物质处于极高温、极高密度状态，它就是靠黑洞强大的收缩力约束着。当裸黑洞蒸发到其总熵为零时，其内的白洞就发生大爆炸，这发生在R_C<1.6×10^-13m的空间内，是比纳米还小的空间。可见，宇宙大爆炸确是在空间几乎一点上发生的。

恒星黑洞与星系中心的黑洞（星系黑洞）都是处于运动坐标系中，离心力使其外围物质成圆盘状，这使它的演化变得更缓慢。另外，恒星黑洞处于周围物质丰富的地方，故它不可能演化成裸黑洞，它最后的结局是为星系黑洞所吞噬。如果星系之间有物质桥联系，那星系黑洞也不会单独演化成裸黑洞，而会形成星系团级的裸黑洞。故第一类类星体就是星系级或星系团级的史瓦西型黑洞，这种类星体的周围有星云（其质量不高于星系或星系团总质量的11%），其星云物质下落到黑洞时发生声激发和热激发，此辐射具有幂律的特性，而黑洞本身具有脉动和扫描式的驻波激荡辐射，其频率越来越高；星体本身的尺度小于一光年（星系级）或小于1pc（星系团级）。第二类类星体就是星系级或星系团级的裸黑洞，这种类星体的周围没有星云，其辐射是越来越高的驻波激荡辐射和霍金辐射，由于其寿命仅六天（星系级）或六十天（星系团级），天文观测可能将其视为超新星！裸黑洞蒸发到R_C尺度时发生大爆炸形成第三类类星体，它的周围有越来越大向周围扩散的星云，星云中有微黑洞群的频率愈来愈高的霍金辐射，并可能有一些黑洞伴星！而中央的辐射频率和强度则越来越低。它最后又会形成新的星系，它的中央则有个星系黑洞。如果，类星体是有旋的，则新星系的旋转方向与其相同。如果类星体是无旋的，则它会形成一个四宇宙时空：二个质量相等，旋转反向，与它们之间的共同的黑洞有物质桥联系的星系，外有光子空间包围。这二个星系的分离速度高于30万公里/秒，其中有一个星系是反物质星系！类星体的红移包括引力红移和多普勒红移二部分，其引力红移相当于附加一个C/3的退行速度。天文观测发现红移最大的类星体，其Z=5，按旧理论，它距我们186亿光年，远在我们宇宙的尺度之外！显然不合理。但以正交的多度规多宇宙时空理论算，它距我们119.9亿光年，的确在我们的宇宙之内！另外，据说红移最小的类星体MARK509的Z=0.035，按旧理论，它距我们6.73亿光年，而按正交的多度规多宇宙时空理论算，它距我们58.5亿光年，并非那么近！类星体问题是检验正交的多度规多宇宙时空理论的最重要的天文学验证。

当相对论深入人心后，许多人认为，牛顿力学仅是相对论的近似。而正交的多度规多宇宙时空理论指出，在建立于大爆炸始点的绝对静止坐标系中，牛顿力学仍是严格正确的。客观世界的物理规律在不同的参照系中数学表达会不同，但其本质是一致的，不变的。而大爆炸始点并不在我们所在的宇宙内，并且我们所在的宇宙相对于大爆炸始点是作加速运动，因而，内部找不到绝对静止的参照物，从而牛顿力学才成为相对论的近似。

正交的多度规多宇宙时空理论表明它是建立在迄今为止的天文学和物理学的研究和观测基础上的，它尊重前人的劳动成果，尊重客观存在的合理性。它既肯定现有理论的科学和合理性，又发现其中的不足，并解释了现有理论无法理解的事实。它还推证了狄拉克的一个观念：当今人们测得的物理常数是宇宙演化的结果。它还以理论推导了我们所在所见的宇宙的大小，其数值仅比美国空间摄影的计算值137亿光年大百分之一！而大一些才对，因为理论指出，空间的最外层是照不出的。它还指出宇宙最初是个很扁的旋转椭球体，长短轴之比为5:1；现今是个长短轴之比为4:3的旋转椭球体，最终它会演变为球体。而美国太空署到2006年10月12日公告，根据宇宙背景辐射的各向异性，我们所在所见的宇宙是个旋转椭球体。而作者的著作：《大爆炸形成多宇宙时空》一书是由上海学林出版社出版，2006年三月由新华书店正式发行的。书中的示图6、7就是说的宇宙最初和现在的形状，示图1、2和8是说的宇宙的结构。示图3、4和5是为一些计算服务的。还有许多结论有待天文观测来验证。另一些，当今的物理实验技术也可对其验证。这是现有的理论，包括超弦理论迄今还没能做到的。

作者认为他的书不仅是宇宙学的专著，而且是论述物质和宇宙演化的统一场理论的著作。他把这归入量子引力理论的黑洞热力学派。它指出：强力、弱力、电磁力、引力和度作用力在物质和宇宙的演化中都起着重要的作用（并不象有些学者说的：引力起了决定的作用），而弱作用的去耦（及随后中微子的去耦）对正交的多度规多宇宙时空的形成起过决定性的作用。

现有的大爆炸理论指出，宇宙是膨胀的，早期还有暴涨，但无法解释宇宙的加速膨胀，更无法说明巨大的爆炸能量是何种机理集中到几乎一点，其90%以上又到哪里去了？我的正交的多度规多宇宙理论都回答了这些，并不要 引入类似"以太"的暗物质、暗能量的神秘物。而且能量是物质的属性之一，绝不会存在独立于物质之外的什么暗能量的。

作者并不认为他的理论是完美的、成熟的。首先，它的数学处理不很严格，且是唯象的（不过，量子力学中也有类似的问题，例如，重整化处理）。郭柏灵先生在《无穷维动力系统》（上、下二册，国防工业出版社2000年1月第一版，2002年5月第二次印刷，新华书店经销）中运用的数学处理方法，可能是完善正交的多度规多宇宙时空理论的数学处理的途径，但笔者的精力和水平是承担不起了！应会有有志的能人来做好此工作。其次，宇宙中除了形成我们所在的宇宙的大爆炸外，是否还有别处的大爆炸，不管是同时的，还是不同时的，它们也形成自己的宇宙体系，那么，彼此之间就可能有相对运动，把我们的大爆炸点定为绝对静止坐标系原点，就只能是一种近似了，这种估计也是合理的。但即使这样，这种近似处理仍是有意义的，就象我们在地球上的工程中仍采用牛顿力学，还是很有效的一样。