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上一主题:此乃最新的经典统计思路…… 下一主题:统一场论认为相互运动的参考系能...
[楼主]  [31楼]  作者:xilu234  发表时间: 2012/03/02 09:39 

我已经把美国王令雋教授的文章:“前沿科学还是前沿神学?
的第三部分公布在网上,欢迎大家评论和转发。

http://blog.ifeng.com/2421080.html

我已经向王令雋教授转达:希望他直接参加西陆网的讨论。
他在美国,是否有技术性困难直接参加讨论,我就不知道了。
我本人最近太忙,所以我仅仅完成转达的任务。
 [32楼]  作者:否定相对论  发表时间: 2012/03/02 20:05 

科学与迷信本是水火不相容的,但是从事科学研究的人当中多数是唯心主义者。四人帮都知道批判相对论,而如今的中国,相对论却坐了大堂,迷信战胜了科学,这是政府的严重失职!
 [33楼]  作者:时空道  发表时间: 2012/03/03 08:23 

对【30楼】说:

哲学上唯物与唯心之争依据[10楼]的事实从此可以结案了!

即:现实世界有一个可以永远停留的时位,它不是人类的界定的,
它就是做为过去的终点与将来的起点的现在的钟点(时位)!
而因为在任意钟点上的现实世界中只是由化学元素与其引力场构

呵呵:你的这个永远停留的时位是宇宙的时位,不是时的时位。但这个永远停留的时位倒是个很好的起点。“任意钟点上的现实世界中只是由化学元素与其引力场构”化学元素与其引力场如何形成的?你的这个永远停留的时位我认为最佳的位置应该是宇宙黑洞的中心点位:那么化学元素与其引力场就是围绕宇宙黑洞中心点轴作圆周运动。离黑洞越近的引力场和化学元素的速度越大,越远速度越慢。当光(量子)接近黑洞的时,速度变慢。(惯性质量减少引力质量增加),这个是你要的位置?

 [34楼]  作者:张崇安  发表时间: 2012/03/03 09:09 

对【4楼】说:
中国是无神论国家
[楼主]  [35楼]  作者:xilu234  发表时间: 2012/03/03 09:12 

科学的时间观不容“穿越”

日期:2012-03-01 作者:许琦敏 来源:文汇报

理论物理学家张操在“新民咖啡馆”上指出 科学的时间观不容“穿越”
  本报讯 (记者许琦敏)现代人回到古代,并参与甚至改写历史进程,风头正健的各种“穿越剧”、“穿越小说”有科学依据吗?昨天,著名理论物理学家、美籍华人学者张操教授在“新民咖啡馆”的讲座上指出,在科学上不可能存在时间机器,时间也不会倒流。
  “穿越剧作为一种艺术创作上的想象,在科学上却站不住脚。”张操昨天主讲的内容是超光速中微子。去年9月,意大利科学家在一次实验中意外发现中微子比光子跑得快。这引起了公众的极大关注,因为在大众的观念中,根据爱因斯坦相对论,一旦有物质跑得比光子快,时间就会倒流,人们就可能回到过去。
  张操说,超光速的现象一定存在,现在量子通信中就已经发现一对纠缠的光子之间传递信号,传输速度甚至是光速的一万倍,但时间依然不会倒流。
  “相对论讲的是相对时间,但在实际存在中,有着真实时间,也就是绝对时间。”他说,绝对时间一直均匀地在流逝,不会改变方向。
张操解释,如果绝对时间倒流,那么因果律就会被打破;如果因果律不成立,那么所有的自然科学大厦都将轰然倒塌——因为因果律是比相对论的时间观念更为基础的科学基石。他认为,有科学家向公众鼓吹虫洞、时间机器之类“时间倒流”的观念,是在误导公众的时间观,会妨碍青少年形成正确的时间观。

 [36楼]  作者:yetiaoxin  发表时间: 2012/03/03 09:21 

王令雋教授是我国在美国的退休科学家,他的《唱红中国前沿科学是前沿神学---- 就超弦和超对称理论答郑道先生》是一篇好文章,好就好在正如挑战相对论的“541218“网友所说的:“有理论物理学家王令雋坐镇天下,大家就放心啦……”让人清醒:类似王令雋现象是想坐镇中国天下。但类似王令雋的人在中国坐天下真能让人放心吗?今天化学和核污染的能源、材料、环境,让人不放心,才是前沿科学发展和需要的动力。原子论扩容孤子链,正是2500多年来科学从“经典量子”发展到“量子引力”的继往开来;也正是“量子中国”、“中国弦”、“核弦”的注解。让西方人捡大自然海边的“美丽的贝壳”,不让中国人去捡大自然海边的“美丽的贝壳”的时代,已经一去不复返。从“量子中国”、“中国弦”、“核弦”的角度看,今天的前沿科学回采“经典量子”和“经典物理”是和谐的,不存在王令雋教授所说的分裂,“对国家,对物理事业,都是悲剧”。要原子论扩容孤子链,不要化学和核污染的能源、材料、环境造成的悲剧,就“量子中国”的信心和自信。
 [37楼]  作者:王令隽  发表时间: 2012/03/03 11:53 

对【17楼】说:

Dear Hudemi,

谢谢您的支持。我的文章可以转载。我的email 地址是:lingjun-wang@utc.edu. 欢迎联系。

令隽 

 [38楼]  作者:541218  发表时间: 2012/03/03 12:54 

lingjun-wang@utc.edu

 

 [39楼]  作者:yetiaoxin  发表时间: 2012/03/03 20:06 

王令雋教授是我国在美国的退休科学家,他的《唱红中国前沿科学是前沿神学---- 就超弦和超对称理论答郑道先生》是一篇好文章,好就好在正如挑战相对论的“541218“网友所说的:“有理论物理学家王令雋坐镇天下,大家就放心啦……”让人清醒:类似王令雋现象是想坐镇中国天下。但类似王令雋的人在中国坐天下真能让人放心吗?今天化学和核污染的能源、材料、环境,让人不放心,才是前沿科学发展和需要的动力。原子论扩容孤子链,正是2500多年来科学从“经典量子”发展到“量子引力”的继往开来;也正是“量子中国”、“中国弦”、“核弦”的注解。让西方人捡大自然海边的“美丽的贝壳”,不让中国人去捡大自然海边的“美丽的贝壳”的时代,已经一去不复返。从“量子中国”、“中国弦”、“核弦”的角度看,今天的前沿科学回采“经典量子”和“经典物理”是和谐的,不存在王令雋教授所说的分裂,“对国家,对物理事业,都是悲剧”。要完善的孤子链(核弦)扩容原子论(经典量子),不要化学和核污染的能源、材料、环境造成的悲剧,就是“量子中国”之所有的信心和自信。
 [40楼]  作者:hudemi  发表时间: 2012/03/03 21:27 

对【37楼】说:

欢迎王教授来到此论坛!

此论坛已建立十多年,在挑战相对论方面已有一定影响,欢迎王先生多参与讨论。

另外,据说美国费米实验室在今年年初要做中微子超光速实验的,不知情况如何?您在美国,如果知道一些情况,请您作些介绍。

 [41楼]  作者:yetiaoxin  发表时间: 2012/03/04 18:26 

王令雋教授是我国在美国的退休科学家,他的《唱红中国前沿科学是前沿神学---- 就超弦和超对称理论答郑道先生》是一篇好文章,好就好在正如挑战相对论的“541218“网友所说的:“有理论物理学家王令雋坐镇天下,大家就放心啦……”让人清醒:类似王令雋现象是想坐镇中国天下。但类似王令雋的人在中国坐天下真能让人放心吗?今天化学和核污染的能源、材料、环境,让人不放心,才是前沿科学发展和需要的动力。原子论扩容孤子链,正是2500多年来科学从“经典量子”发展到“量子引力”的继往开来;也正是“量子中国”、“中国弦”、“核弦”的注解。让西方人捡大自然海边的“美丽的贝壳”,不让中国人去捡大自然海边的“美丽的贝壳”的时代,已经一去不复返。从“量子中国”、“中国弦”、“核弦”的角度看,今天的前沿科学回采“经典量子”和“经典物理”是和谐的,不存在王令雋教授所说的分裂,“对国家,对物理事业,都是悲剧”。要完善的孤子链(核弦)扩容原子论(经典量子),不要化学和核污染的能源、材料、环境造成的悲剧,就是“量子中国”之所有的信心和自信。
 [42楼]  作者:yetiaoxin  发表时间: 2012/03/04 19:17 

王令雋教授是我国在美国的退休科学家,他的《唱红中国前沿科学是前沿神学---- 就超弦和超对称理论答郑道先生》是一篇好文章,好就好在正如挑战相对论的“541218“网友所说的:“有理论物理学家王令雋坐镇天下,大家就放心啦……”让人清醒:类似王令雋现象是想坐镇中国天下。但类似王令雋的人在中国坐天下真能让人放心吗?今天化学和核污染的能源、材料、环境,让人不放心,才是前沿科学发展和需要的动力。原子论扩容孤子链,正是2500多年来科学从“经典量子”发展到“量子引力”的继往开来;也正是“量子中国”、“中国弦”、“核弦”的注解。让西方人捡大自然海边的“美丽的贝壳”,不让中国人去捡大自然海边的“美丽的贝壳”的时代,已经一去不复返。从“量子中国”、“中国弦”、“核弦”的角度看,今天的前沿科学回采“经典量子”和“经典物理”是和谐的,不存在王令雋教授所说的分裂,“对国家,对物理事业,都是悲剧”。要完善的孤子链(核弦)扩容原子论(经典量子),不要化学和核污染的能源、材料、环境造成的悲剧,就是“量子中国”之所有的信心和自信。
 [43楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2012/03/05 12:33 

有一半美国科学家是相信上帝的,我们不知道他们是如何将科学与神学合二为一的,应当警惕!
 [44楼]  作者:yetiaoxin  发表时间: 2012/03/05 13:10 

是彭罗斯欺骗世人还是王令隽欺骗世人?

彭罗斯在《皇帝新脑》一书中,解释爱因斯坦的广义相对论方程,认为是包括韦尔张量和里奇张量。彭罗斯说的是,韦尔张量囊括类似平移运动的相对加速度,对球面客体单向的拉长或压扁作用;这与牛顿力学的性质对应。而里奇张量囊括当球面客体有绕着的物体圆周运动时,被绕着的物体的整体都有一个纯粹向内的加速,产生有类似向心力的扩张或收缩的缩约、缩并作用。韦尔张量,韦尔是测量类似自由下落的球面的潮汐畸变,即形状的初始变形,而非尺度的变化。里奇张量,里奇是测量类似球面的初始体积改变。这与牛顿引力理论要求下落球面所围绕的质量,和这初始体积的减少成正比相合。而王令雋教授在他的《唱红中国前沿科学是前沿神学---- 就超弦和超对称理论答郑道先生》中说这是“彭罗斯欺骗世人”。王令雋解释说:张量的收缩,仅仅是一种缩小张量阶数的代数运算,和"力"扯不上任何关系。王令雋又说,当然,我这里已经无形中上了当,说“要使空间弯曲”,好像“我们”有这么大的能耐,可以使平坦的空间弯曲似的。我承认我没有这个能耐,但是许多宇宙学家们却宣称他们有这个能耐,只要在草稿纸上玩点数学,就可以把我们的平坦空间弄成一个弯曲的“三维超球面”。这名字聼起来怪吓人的,尤其是吓唬 “外行”特别有效。我想在本文介绍一下这个概念。有的朋友以为空间的弯曲是用黎曼几何严格推导出来的。这完全是误解。黎曼几何绝对推导不出空间的弯曲。这里,是彭罗斯欺骗世人还是王令隽欺骗世人?任何人都能明白。而王令隽欺骗世人,最不能容忍的是把“因果律的颠倒”栽赃在霍金头上。因果律的颠倒,本是主张实数超光速的人把戏,这是主张虚数或者复数超光速的人不赞同。但霍金表达的这个意思,却被王令隽用来欺骗世人,真是太可笑。
 [45楼]  作者:周宪  发表时间: 2012/03/05 23:17 

所谓张量,不过是把几个矢量并成的一个量。这个量有几个矢量的方向,所以称作张量,而且张量的矢量是微分状态下的矢量。把一些雷同的式子合并成张量,可以简化运算,却与空间的弯曲不弯曲没有关系,也不要求这些矢量必须相互垂直。如果你看过张量分析之类的书,就会知道,有的书是从斜轴坐标系作为出发点来引出张量的。而且我们不用张量同样可以运算,只是式子很繁复而已。 关于n维空间,还有一个更换概念的问题。n维空间规定:点与原点之间的距离的平方等于n光坐标的平方和。这个规定是直线互相垂直的必要条件,但是并不是充分条件。我们常常正确地用一个三维点的矢径和垂直于矢径的时间轴作为二维坐标轴来表示四维空间的世界线。这样同样能够满足点与原点之间的距离的平方等于n光坐标的平方和,而无需四根相互垂直的轴。 所以世界著名的杂志《Nature》提出要寻找三维以外的空间的问题是很愚蠢的。初等立体几何完全可以证明,过一点只能作三根互相垂直的直线。
 [46楼]  作者:王令隽  发表时间: 2012/03/17 00:58 

对【17楼】说:

Dear Demi,

我有些文章,想在西陆网上登录。可是在申请论坛的时候,有一栏“身份证”不知道应该如何填写。我写信给西陆小精灵询问,也渺无音信。不知您能不能帮帮忙?

 [47楼]  作者:王令隽  发表时间: 2012/03/17 01:01 

对【17楼】说:

Dear Demi,

我有些文章,想在西陆网上登录。可是在申请论坛的时候,有一栏“身份证”不知道应该如何填写。我写信给西陆小精灵询问,也渺无音信。不知您能不能帮帮忙?

我的电邮地址是 lingjun-wang@utc.edu

Thanks.

 [48楼]  作者:王令隽  发表时间: 2012/03/17 23:46 

对【17楼】说:

现代宇宙学的基本问题及DET 理论

2007 1

 

            最近从网上读到华新民先生的文章“今年的诺贝尔奖引起的话题”,想谈点我的看法。

            华新民先生谈到了文化大革命中宇宙大爆炸理论在中国被认为是伪科学,并提到了当时的“批判相对论学习班”和陈伯达的支持,也谈到了四人帮垮台以后方励之与钱学森关于宇宙学的一场争论。华先生文章给人总的印象是当时参与批判相对论和大爆炸理论的科学工作者大都是左派御用文人,因此他们的学术观点是完全错误的。我在这两点上都不能同意华新民先生的意见。

文化大革命的特定历史和社会条件使得当时中国的各行各业都受到了政治不同程度的影响,学术界也一样,这是非常不幸的。但不能因此全盘否定所有参与批判相对论和大爆炸理论的科学工作者和他们的学术观点。把他们的学术观点甚至功过是非捆绑在文化革命的历史上,让他们永世不得翻身,实际上同样是对学术讨论的政治干预和政治压迫。从纯学术上讲,即使陈伯达的自然学术观点也不见得完全错误。

            文化革命以后,中国的学术界有了空前的学术自由。方励之曾被聘为中国科技大学校长。前几年中国邀请霍金访问,受到了异乎寻常高规格的礼遇。宇宙大爆炸理论有了充分发展的条件。事情似乎正在走向另一面,对相对论和大爆炸理论持批评意见的人如不被看作是左派,大概也免不了被看作学术上的无知。这其实也是一种政治压力。在中国改革开放以后,学术上追随西方,宇宙学界尤其如此。大爆炸理论在宇宙学上的统治地位自然决定了其在中国宇宙学界的统治地位。居然出现了万马齐喑的局面。

            其实反对相对论的巨星级物理大师历史上大有人在。洛仑兹就不接受相对论,它并且抛弃了他自己提出的速度使长度缩短的假设,即我们现在教科书中普遍采用的洛仑兹变换和洛仑兹缩短。爱因斯坦则终生没有接受量子力学。上世纪五十年代关于相对论钟佯谬问题有过一场剧烈的争论。认为相对论逻辑上必然导致钟佯谬的一派的旗手是当时任英国皇家天文学会主席的丁格尔 (Herbert Dingle)。至于对宇宙大爆炸的争论从来就没有停止过。目前全世界几百个科学家联署了一封公开信,抗议大爆炸理论家们对科研经费和学术刊物的垄断。理论物理学界对大爆炸理论的许多前提和结论,尤其是与其相关的一些理论诸如膨胀理论,超弦理论等等,也颇多质疑。在这些批评中,经常可以看到“伪科学”,“神学”,“形而上学”,“唯心主义”等字眼。如果这些字眼出现在当今中国的报刊上,非被骂为“左派教条”,“文革余毒”不可。

            唯物主义和唯心主义本来只是哲学上的两大派别,和政治并无多大关系。唯物主义和唯心主义的争论早在古希腊时期即已开始。伟大的哲学家如亚里斯多德,伟大的物理学家如开普勒,哥白尼和伽利略都是唯物主义者。同样伟大的哲学家柏拉图和伟大的天文学家托勒密则是唯心主义者。现代国际学术界的唯物主义者和唯心主义者都以自己的主义而自豪。唯物主义者们自认是科学的捍卫者,以反对神学创造论为己任。唯心主义者自认是爱因斯坦的追随者,以能超越客观世界而骄傲,自信只有他们才有抽象思维的能力理解现代物理理论的真谛而有希望成为未来的伟大发明者。希望中国学术界也能有这样的学术气氛,大家都可以尽情地彻底地表达自己的意见。不要一听到“形而上学”,“唯心主义”,“唯物主义”这些字眼就以为文化革命又来了。这些词必竟用了多少个世纪了,一时也找不到能透彻地表达同样内涵的词来替代,而且国际学术界今日也都在用。为了和国际接轨,不妨姑妄用之。

一个不可否认的事实是,唯物主义在科学从黑暗的中世纪的神学中解放出来的斗争中起了关键的作用。而随着物理科学在十九世纪的确立,物理学研究基本上遵循着唯物主义,即任何科学理论必须能够解释自然现象,经受实验和逻辑的检验。即使在唯心主义盛行的某些领域,理论最终逃脱不了实践的检验。这是国际学术界一个不变的原则。

            我同意华新民先生不要把诺贝尔奖看得太重的意见。不要让荣誉和金钱左右学术讨论。诺贝尔奖代表当代学术界对本年度学术成就的评价,代表当代学术潮流,但不能作为真理的定论。任何奖项的评定都不可避免的带有不同程度的主观和非学术性因素。诺贝尔奖也不例外。对中国学术成就的评价,也不能以是否拿了诺贝尔奖为尺度和标准。

            二零零六年诺贝尔物理奖颁给了美国戈达德空间飞行中心 (Goddard Space Flight Center) 的马塞斯 (John Mathers) 和加利夫尼亚大学的斯穆特 (George F Smoot)   。奖励他们对宇宙本底辐射(Cosmic Background Radiation, 简称CBR) 测量做出的贡献。这一工作的重要性在于宇宙学界认为CBR的测量数据为宇宙大爆炸理论提供了实验证据。值得注意的是,同一工作为彭齐亚斯 (Arno Penzias) 和威尔逊 (Robert Wilson) 赢得了1978 年的诺贝尔物理奖。可见CBR 研究工作的分量

            但是如果以为这两个诺贝尔物理奖就意味着物理学界确认了宇宙大爆炸理论,则是完全的误解。事实上,如果宇宙大爆炸理论是正确的,这些诺贝尔物理奖就应该颁给在宇宙大爆炸理论中做出了里程碑性的工作的巨星,比如皮伯尔斯(P.J.E. Peebles)或霍金(Stephen Hawking)。宇宙大爆炸理论的许多预言和相关结论,诸如物质守恒定律和能量守恒定律的破坏,相对论原理的破坏,光速极限原理的破坏,Higgs 粒子,重中微子,弱作用重粒子(WIMP),  超弦,暗物质,磁单极,超光速膨胀,质子衰变,量子泡沫理论,黑洞理论,高维空间,多重宇宙,宇宙斥力,逆时间旅行,时空隧道旅行等等,就其对物理学的整个理论体系产生的冲击来说,不仅比之CBR实验要重要得多,就是和以往任何一年的诺贝尔物理奖的工作相比,也像泰山比之卵石,不可同日而语。毫不夸张地说,宇宙大爆炸理论导致不下于一打革命性的理论,可能推翻半打物理学的基本原理。其中任何一条如果证明是真,其重要性远非一两个诺贝尔奖可以衡量。

            物理学界和诺贝尔奖评审委员会是谨慎的, 只颁奖给CBR实验 测量。无论宇宙大爆炸理论正确或错误,实验结果总是有科学价值的。英文 evidence 一词, 可以翻译为 “实验证据”或者 “实验支持 这词 和“证明”(proof)是完全不同的。事实上,CBR 测量实验结果对于宇宙大爆炸理论虽然提供了某种支持,也带来了著名的难题。下面我们对此作一些较为详细的讨论。

 

1。宇宙本底辐射(CBR)和大爆炸理论的关系。

 

            上世纪六十年代初,狄克 Robert Dicke)试图用一个封闭的振动宇宙 (Oscillating universe) 模型来解释宇宙中氦的组成。当时的星际合成理论(Stellar synthesis theory) 已能成功地解释重元素的组成,但不能解释氦的组成。狄克将这一课题交给他的学生皮伯尔斯。皮伯尔斯发现问题的关键在于能质比(ratio of energy to mass)。如果能质比等于一千亿光子比一个质子,他的爆炸模型就能给出正确的氦的组成—25%。根据这一模型他推算出宇宙本底辐射的温度为20 oK。在狄克的鼓励下,皮伯尔斯在1965 年开始着手建立一个射电望远镜,以期通过实验证实他的理论推想。这时,贝尔电话公司的彭齐亚斯和威尔逊偶然地观察到了接近这一频段的宇宙本底辐射。这一发现立即成为纽约时报的头条新闻, 并被认为是大爆炸曾经存在的实验证据。彭齐亚斯和威尔逊因此赢得了1978 年诺贝尔物理奖。

            彭齐亚斯和威尔逊的实验量出的宇宙本底辐射温度为 3.5 oK,比皮伯尔斯的理论值小九倍。根据热力学的斯蒂芬波尔兹曼定律,黑体辐射的能量和温度的四次方成正比,所以大爆炸理论给出的宇宙能量比实验测量的大几千倍。狄克告诉纽约时报,他的研究组预言的宇宙本底辐射温度为 10 oK,但这一数值在他们组发表过的任何文章中都找不到。但即使是三倍的温度差别,也将导致约两个数量级的能量差别。

            许多人忽视了这一差别。皮伯尔斯本人却深知问题的严重性。因为实验量出的如此低的宇宙本底辐射温度意味着宇宙物质密度低到无法使宇宙封闭,而封闭性正是封闭震动宇宙模型的根本。如果强行设定大的宇宙物质密度以使宇宙封闭,将这么低的宇宙本底辐射温度代入他的方程式将导致全部物质变为氦的荒唐结论。即是说,他的大爆炸理论不可能自洽地同时给出氦的组成和宇宙本底辐射温度的正确数值。

            当然,彭齐亚斯和威尔逊测量的宇宙本底辐射温度也不见得准确。1989年,美国宇航局(NASA) 发射了一个宇宙背景探测卫星 COBE (Cosmic Background Explorer), 对宇宙本底辐射进行精确测量。该项目由戈达德空间飞行中心的马塞斯领导。经过十几年的系统测量和分析,马塞斯和斯穆特于1992年发表了实验结果,证实了宇宙本底辐射确为黑体辐射,各向异性不到万份之一,温度为 2.7 oK。这一温度比彭齐亚斯和威尔逊的结果还要低。封闭宇宙模型不得不被抛弃。好在有不同的模型可供选择。如果选择开放模型,并且对某些自由参量(如质量密度)作些调整,则可得出氦,氘和锂的正确数值。这被看作是标准宇宙大爆炸理论的主要成就。当然学界对这一成就也不是完全没有异议。

异议之一便是方法论问题。宇宙大爆炸理论的特征之一是太多的自由参数。我们知道,如果一个理论中自由参数的个数等于实验数据的个数,则理论公式可以完全精确地拟合实验数据。这种拟合当然毫无意义。一般说来,自由参数越多,可信度越低。如果自由参数比要拟合的数据还多,可信度就大成问题。对此,两个物理学家的意见可以作为启迪。

一个是原子能先驱费米 (Enrico Fermi)。他于1953年首次对介子 质子碰撞作了精确测量。当时康乃尔大学的物理教授戴逊 (Freeman Dyson) 提出了一个赝标量介子理论来解释他的介子 质子碰撞数据。这一理论和实验数据符合得非常好。戴逊于是带着一大包理论计算结果坐上灰狗公共汽车,兴冲冲地到芝加哥找费米请教。费米热情地和他拉家常,有意不提他的理论。戴逊实在耐不住,只好自己切入正题。费米问他:“您的计算里用了几个自由参数?” “四个。” “我的朋友凡纽曼曾说,用四个参数我可以将任何数据拟合成一头大象。要是有五个参数,我可以让它的鼻子来回摆动。戴逊于是解散了他的研究小组而改行做固体物理。他一生感激费米给他指点迷津。

另一个是实验高能物理学家里奇特 (Burton Richter)。他和丁肇中同时发现了 J/Y 粒子而共享诺贝尔奖。里奇特在《今日物理》(Physics Today) 杂志 2006年十月号上发表了一篇文章 “粒子物理理论:神学猜想还是实际知识”。文中他谈到超对称时说:“比如说,如果Higgs 质量平方发散,就发明超对称让它对数发散。这一发明的代价是带来124 个新的常数。我总觉得这代价太大。”

历史上,实验观察到的轻元素丰度有过多次改变。而大爆炸理论每次都能通过调整自由参数或加入补救措施得到新的数值。议者以为这不是理论预言(prediction) 的先见之明,而是事后诸葛亮的后见之明 (hindsight )

            宇宙本底辐射几乎完美无缺的各向同性给宇宙大爆炸理论带来另一个严重困扰:完美无缺的各向同性无法解释宇宙间的大范围结构。如果宇宙真是由大爆炸而来,这种大范围结构一定会反映在早期的宇宙本底辐射上而使其呈某种程度的各向异性。宇宙大爆炸理论预计的各向异性约百分之一,但观测到的各向异性却不到万分之一。

            但宇宙本底辐射测量结果给宇宙大爆炸理论带来的最大困扰是著名的地平问题 (Horizon Problem,这词译为地平问题过于生硬,似应译为光波面问题,或因果联络问题)。宇宙本底辐射近乎完美无缺的各向同性和黑体辐射特性证明了这一辐射是一个高度平衡的热力系综。这种高度平衡需要物质的多次碰撞才能实现。可是根据宇宙大爆炸理论,即使粒子以光速运动,也不可能实现这种多次碰撞。不妨考虑大爆炸后三十万年后的去耦合期。根据大爆炸理论公式,此时的宇宙半径约为七千万光年。可光子从大爆炸出世最多也只能跑三十万光年,光程不到宇宙半径的百分之一。遑论其他跑得慢的粒子。简单的计算表明,如果150 亿光年外的两个银河系的角距离大于 2o, 他们在去耦合期根本不可能有因果联络。所以宇宙本底辐射近乎完美无缺的各向同性给宇宙大爆炸理论带来了一个根本性的困难地平问题,或因果联络问题。

            其实因果联络问题还可以更简单地从哈勃定律中看出。根据哈勃定律,天体的速度和距离成正比。距离越大,速度越大。当距离达到某一数值时,速度会等于光速。这一距离称为哈勃长度,在哈勃长度以外的天体的速度就会超过光速,这当然是不可能的。大爆炸理论是建立在相对论基础上的。违反光速极限就根本上否定了自己的理论基础,意味着根本的逻辑背理。

            为了解决地平问题,古斯 (Alan Guth) 1980年提出了一个膨胀理论 (Inflation Theory)。根据古斯的膨胀理论,宇宙在大爆炸后约 10-36 秒到 10-33 秒经历了一次超光速膨胀,在这短暂的一瞬间宇宙半径膨胀了五十个数量级,地平问题似乎得到解决。至于这种超光速膨胀所需的能量和加速度,似乎不是古斯关心的事情。

            膨胀理论的另一个成绩是避免了标准宇宙大爆炸理论的另一个头疼问题 磁单极。这使许多大爆炸理论学家喜出望外。但相当多的宇宙学家仍然持保留态度。因为膨胀理论违背了相对论的一条基本原理 光速极限原理。而广义相对论正是所有不同版本宇宙大爆炸理论的根基。根据爱因斯坦的相对论,任何物体都不可能超光速运动。把任何质量不为零的物体加速到光速都需要无穷大的能量。把整个宇宙在不到 10-33 秒的一瞬间加速到超光速更是不可思议。再说,是什么机制在宇宙大爆炸后的10-36 秒突然启动膨胀并在10-33 秒突然停止膨胀呢?这种所谓的宇宙膨胀或宇宙相变在可观测的物理世界中找不到任何证据,只能看作是一种为补救地平问题而空想出来的临时性手段 (ad hoc measure)

            总而言之,宇宙本底辐射试验数据对宇宙大爆炸理论是忧喜掺半。而忧比喜更为本质。

 

2。宇宙大爆炸理论的其他困难

 

            除了上述问题以外,宇宙大爆炸理论还有许多基本困难。这里择要讨论几个根本性的物理问题。

 

一)极端地违反物质守恒与能量守恒定律

 

            一切创造论无法回答也无法回避的问题是世界如何从无到有,或无中生有。作为数学创造论的宇宙大爆炸理论也无法回答并无法回避宇宙中的巨大能量和物质从何而来这样一个根本问题。年青气盛的古斯说那是一顿巨大的免费午餐 (a ultimate free lunch)。霍金似乎更具学者气质。他在上世纪八十年代提出了一个量子泡沫理论 (quantum foam theory)。他基于海森伯原理,假定真空扰动会产生量子气泡 (quantum bubble)。量子气泡绰号又叫宇宙婴儿 (baby universe),尺寸约 10-33 厘米, 比质子半径小二十个数量级。每一个量子气泡都会像我们的宇宙一样会经过大爆炸而成为大宇宙,并通过时空隧道和我们的宇宙相联。根据霍金的理论,从我们宇宙中的每一立方厘米的空间中每秒钟要因扰动产生十的一百四十三次方 (10143) 个宇宙婴儿!即是说,从我们的鼻尖上或眼珠子里每时每刻都在爆炸出无数的宇宙,当然这些宇宙大爆炸的威力和速度应该比手榴弹或原子弹大不知多少个数量级,但我们看不见,摸不着,感觉不到疼痛,不过霍金的方程式却可以算出来。至于爆炸所需的能量,据霍金说是在大爆炸时从真空中借来的。这种借贷在宇宙婴儿出世以后不必分期付款还债,只要在宇宙大湮灭 (Big Crunch) 时一次还清。对这种理论的可信性或荒谬性作出判断,应该不需要太多的智慧。

            退一万步讲,即使我们不从技术层面质疑量子泡沫理论,霍金仍然没有回答他想回答的根本问题:宇宙是如何从无到有的?作为无尽藏的Higgs场既然蕴藏着可转化为物质的无限能量,它就不是真空。那末,Higgs场是在宇宙大爆炸之前就存在呢,还是在宇宙大爆炸之时才存在的?如果是前者,则宇宙大爆炸之前并不是一无所有,而是有一个内涵十分丰富的,十分能动的, 其活动规律可以用方程式精确描述的Higgs场,因此大爆炸不是时空的原点,大爆炸之前时空仍然存在;如果是后者,则我们又回到了老问题:Higgs 场是怎么在宇宙大爆炸之时突然产生的?

            有一则颇具哲理的幽默,说是一个无神论者问一个基督徒,上帝在创造世界之前在干什么?回答是:他在为提这种问题的人打造地狱。

            如果你问宇宙大爆炸理论家们大爆炸以前是怎么回事,回答是,那是不可知的。说是不可知,只是说凡人不可知,大爆炸理论家们是什么都知道的。他们确切地知道大爆炸以前质量精确地等于零。他们又知道那时(抱歉,还得借用这“时”字)时空不存在。逻辑上,似乎能量的无尽藏和Higgs场也应该在大爆炸以前就存在吧。他们并没有明确指示。所谓不可知,只是大爆炸理论家们用来搪塞根本问题的遁词。

 

二)完全违反相对性原理

 

            根据哈勃定律,宇宙中的所有物体都各向同性地离开地球往外飞,似乎意味着地球是宇宙的中心。这是谁都无法接受的中世纪的地心说,是完全违反相对性原理的。但是,有的理论家辩解说,如果哈勃定律是严格线性的,即使地球不在宇宙的中心,对于地球上的观察者来说,宇宙中的所有物体都会看上去好像各向同性地离开地球往外飞。因此,宇宙大爆炸理论是否会导致中世纪的地心说而违反相对性原理, 取决于哈勃定律是否严格线性。换言之,如果哈勃定律被证明是非线性的,则宇宙大爆炸理论就不可能成立。大爆炸理论家们把这种线性爆炸宇宙模型称为葡萄干布丁模型 (raisin pudding model) 或气球模型(balloon model)。当布丁被蒸而均匀线性膨胀时,相对于任何一个葡萄干所有别的葡萄干都各向同性地线性地离开它往外膨胀。

            哈勃定律的严格线性恰恰遭到了实验的严重挑战。美国麻省理工学院的施格尔 (I.E. Segal) 和国防分析研究院的尼柯尔 (J.F. Nicoll) 1992 12 月的自然科学院会报第 89 天文学上 (Proc. Natl. Acad. Sci. USA, Vol. 89, pp. 11669-11672, December 1992, Astronomy) 发表了他们的实验研究结果,证明了哈勃定律的非线性。施格尔和尼柯尔用多种统计方法对红外线天文卫星(IRAS)的 2000 多组数据进行了严格而系统地分析。结果证明宇宙红移和距离的平方成正比,而不是和距离的一次方或三次方成正比。而此前的教科书上引用的线性哈勃定律是居于从阿贝尔目录中筛选出的116 组数据得到的。筛选的标准便是要符合有待证明的线性哈勃定律。

            其实,即使哈勃定律的严格线性没有遭到实验的挑战,也不能逃避地心说。所谓的葡萄干布丁模型依据的是经典力学中坐标和速度的线性变换,可是宇宙大爆炸理论是建立在相对论力学上的。在相对论中速度的变换是非线性的。因此, 速度的分布不可能在不同的参照系中同时各向同性。如果速度分布在地球坐标系中各向同性,在大爆炸原始奇点(Original Singularity)的坐标系中便不可能各向同性。反之也一样。所以各向同性的哈勃定律势必导致地心说。如果抛开相对论,而采用经典物理的速度变换,可不可以摆脱地心说呢? 也不行。道理很简单。比如说,我们考虑离地球一百亿光年球面上的银河系。我们现在观测到的这些银河系的位置和速度是它们一百亿年前的位置和速度。而那个时候地球离大爆炸的原始奇点比现在要近三分之二的距离 (宇宙大爆炸理论认为宇宙的寿命为一百五十亿年)。即是说,一百亿年前地球并不在这一圈银河系的中心,根据线性哈勃定律,它们的速度也应是各向异性的,而这和实验观测结果相勃。

        总之,无论哈勃定律是线性还是非线性,相对于地球各向同性的宇宙速度分布都将不可避免的坠入地心说。

            葡萄干布丁模型或气球模型还有一个暗藏的问题,那就是支持布丁或气球均匀膨胀的能量从哪里来?我们知道布丁或气球的均匀膨胀必须依靠系统外面的能源(火炉或打气筒)来维持。如果没有外在能源,现实中任何自由爆炸的系统,小到肥皂泡,大到原子弹,都不可能无限制地均匀膨胀。如此重要的一个问题,被所谓的“度规膨胀”和“时空纤维膨胀”之类的辞令悄悄掩盖了。如果度规或时空纤维会膨胀,则被测量的时空和用以测量的工具(尺子和钟表)应该同时按比例膨胀。试问,所谓的“度规膨胀”或“时空纤维膨胀”如何测量呢?如果一个观察者拿着和宇宙成比例膨胀的尺子和时钟,他是不可能测量到宇宙的膨胀的,也测不到什么宇宙红移。

 

三)完全违反麦克斯韦速度分布律

 

            任何爆炸系统都是一个热力系综,宇宙大爆炸也不应例外。事实上,许多热力学定理被运用来演绎宇宙大爆炸理论。尤其是这一理论宣称几近完美的宇宙黑体辐射为早期大爆炸火球的残余,更要求宇宙大爆炸是一个几近完美的热力系综。人们期待着宇宙大爆炸理论遵守热力学的基本定律。可是,作为热力学的基本定律之一的麦克斯韦速度分布律却被完全违反了。

            什么是麦克斯韦速度分布律呢?定性地说,就是一个热力系综中的粒子的速度服从一定的几率分布。速度很大或速度很小的粒子都很少。多数粒子都具有某一中间速度。如果我们将粒子按照速度分类,每单位速度间隔中的质量叫质量密度,则可以画出质量密度的速度分布曲线。当速度趋于零或趋于无穷大时质量密度趋于零。相对于最大质量密度的速度称为最可几速度。每一热力系综的统计平均速度取决于系综的温度或平均动能,但所有的速度分布曲线都服从同样的麦克斯韦速度分布律, 即两头小,中间高,不太对称的近乎高斯分布的有限单峰曲线。

            可是宇宙大爆炸理论描述的却是完全不同的速度分布。计算并不困难。我们以大爆炸原始奇点为球心将宇宙分为任意薄的许多同心球面。根据宇宙大爆炸理论,相邻球面之间的粒子速度大致相同。又根据哈勃定律,速度和球面半径成正比。所以单位速度间隔相应于单位半径间隔。质量密度实际上和相隔单位厚度的两层球面之间的质量成正比, 而这一质量又正比于两层球面之间体积 – 4 p r2(宇宙质量均匀分布是大爆炸理论的另一基本假设)。即是说,质量密度正比于半径的平方,也就是速度的平方。这种质量分布完全违反麦克斯韦速度分布律,在现实世界中根本找不到任何例证。

 

 

四)    宇宙大爆炸理论的极端不稳定性 时空平坦问题

 

            在宇宙大爆炸理论的诸多自由参数中,最重要的莫过于宇宙物质密度。它直接关系到宇宙未来的命运。如果宇宙物质密度太大,则引力太大,宇宙将是封闭的,最终将被引力拉回到原始奇点而消失在大湮灭 (Big Crunch) 之中。如果宇宙物质密度太小,则引力太小,宇宙将是开放的,最终将无限发散到物质密度为零。只有当物质密度等于一个临界值时,宇宙才会是渐近平坦的,也就是我们生存于其中的实际宇宙。宇宙学家把物质密度和临界物质密度的比定义为密度参数。只有当密度参数等于一时,宇宙才会渐近平坦。计算表明,为了得到一个我们所在的渐近平坦的宇宙,在大爆炸初始,密度参数几乎要精确地等于一,误差不能大于十的负五十八次方。如果密度参数与一的偏差大于十的负四十次方,宇宙将在不到一秒之内就湮灭或发散。对自由参数的依赖灵敏到十的负五十八次方,说明宇宙大爆炸理论的极端不稳定性。

            如果我们看看宇宙大爆炸理论关于宇宙的未来结局对密度参数的依赖,这种不稳定性就表露得更为彻底。密度参数从临界值任何无穷小的偏离将意味着宇宙绝然不同的结局:或为封闭宇宙而湮灭, 或为渐近平坦的现实宇宙,或为开放宇宙而发散为零。

            大爆炸宇宙学家此时往往会说,宇宙在遥远的过去和未来究竟如何其实没多大关系。反正我们无法观测。只要现在时空渐近平坦就行。

            可是,如果宇宙在遥远的过去和未来到底如何并没有关系,那宇宙学还有什么意义呢?宇宙学的意义不正在于对于过去和未来的正确认识吗?如果连宇宙是否会永远存在下去还是某一天会湮灭这样的问题都不能回答,宇宙学对未来的指导意义又在哪里呢?

 

五)    暗物质问题

 

            上述平坦时空对密度参数的严格要求带来了另一个严重问题-- 暗物质问题。渐近平坦的现实时空要求宇宙物质密度正好是临界值,约为每立方米 10-26 公斤。这一数值比实验测量的宇宙物质密度要高出至少三十倍。比之对氦,氘和锂的丰度计算的成功,对宇宙物质密度计算的失败更为重要, 更为致命。最头疼的是,宇宙物质密度的理论值是被时空的平坦性牢牢锁定的,毫无回旋余地。

            既然宇宙大爆炸理论和实验观测无法妥协,理论家们于是宣称宇宙中 97% 的物质是观测不到的暗物质 (Dark matter),并大张旗鼓地推动对暗物质的探测和研究。一个严重的理论困难就这样轻易地化解了,并变成了追加研究经费的理由。一个重要的理论失败居然摇身一变为重大发现。

            对于实验天体物理学不太了解的人们,可能会觉得暗物质的概念再自然不过。如果宇宙深处某一物体不发光,你就看不见, 当然也就测量不到了。这是极大的误解。不发光的天体的质量也是可以测量的。只要测量暗天体的某一发光卫星或伴星的速度和半径,就可以根据万有引力定律计算出它的质量。许多不发光天体的质量就是这样测量出来的。银河系的质量就包括不发光天体和星际物质的质量。所以宇宙大爆炸理论学家们的“暗物质”其实是指用万有引力定律都无法测量到的物质。有人假设“暗物质”是由所谓的“弱作用重粒子” (Weakly interacting massive particle, 简称 WIMP) 组成。有的假设中微子有质量,而由中微子的质量来填补理论和实验之间的差距。弱作用重粒子和重中微子纯系为了摆脱理论困难杜撰出来的毫无实验根据的猜测。

            宇宙大爆炸理论的基础是引力方程。逻辑上,由这一方程推出的物质质量当然应该服从万有引力定律。如果它不服从万有引力定律,又怎么能够在保持时空平坦中起任何作用呢?所谓的弱作用重粒子的概念是逻辑上背理的。

            有人说,宇宙大爆炸理论是巅扑不破的 (not falsifiable) 理论。因为理论家们有一打自由参数可供调整来拟合某些实验数据(比如轻元素的丰度)。如果理论和实验相悖(比如宇宙的物质密度),则或者宣布实验不可靠,或将理论和实验的不符解释为理论发现(暗物质,WIMP粒子,重中微子)。如果计算结果发散,则强加上下限值 (cutoff) 而使其收敛。如果理论方程式违背物理定律, 便宣布某定律不适用。如果需要宇宙以超光速膨胀,便宣布光速极限原理在膨胀期不适用,爱因斯坦场方程在大爆炸初期不成立。如果四维空间不够用,便加成十维或二十六维,爆炸以后 10-43 秒时再把高维空间关掉。如果这一切还不够,索性宣布时空不存在。宇宙大爆炸理论家们有了对物理定律和逻辑规律生杀予夺的无限权力,他们的理论当然也就巅扑不破了。

            可是看不见皇帝的新衣的天真的孩子仍不免要问:如果连时空都不存在,你们怎么写 Higgs 场方程呢?负责产生真空扰动的海森伯原理又如何表述呢?不存在于时空中,却有无穷尽能量的真空(还得借用这个“空”字)是个什么东西呢?没有时空,能量如何表述呢?

 

六)    多重宇宙问题

 

            在任何文化的任何语言中,都有一个词,其意义是时间和空间中的一切。在中文里,这个词便是宇宙,英文翻译为 universe。大爆炸理论家们的重大发明之一是多重宇宙 (multiverse) 的概念。一般人从科普读物或好莱坞科幻电影中得到的多重宇宙的概念似乎是在我们的宇宙外面存在着许多宇宙,好像三十三重天,天外有天的意思。这又是一种错觉和误解。宇宙大爆炸理论认为宇宙在时间和空间上都是有限的,在这个限度以外一切都不可知,或者说时空不存在。 所以这许许多多的宇宙在时空上是重叠的。

            多重宇宙的概念产生于上世纪六十年代。当时学界已经知道爱因斯坦场方程的一个解析解--施瓦兹查尔德解 (Schwarzschild solution),适用于静止的球对称引力场。施瓦兹查尔德解中有奇点存在。当半径等于 ( 2 G M / c2 ) 时,施瓦兹查尔德解发散。这个特殊的半径值叫施瓦兹查尔德半径。为了补救这种发散,克鲁斯科 (M.D. Kruskal) 1960 年提出一种坐标变换,将半径和时间坐标 (r,t) 变换成 (u,v) 坐标。在(u,v) 坐标中,奇点消失了。问题是,克鲁斯科变换不是一一对应的变换。每一个时空坐标 (r,t) 对应于两个(u,v) 坐标。这样在(u,v) 图表中就有两支时空曲线。生出两个宇宙。一个宇宙有黑洞,另一个有白洞。注意这两个宇宙的时空坐标 (r,t) 是一样的,时空上是重叠的。即是说,当你和爱人在窗前月下共话巴山夜雨时,别的宇宙的同志可能正和你们站在同一个窗户边上吵架,并且他们的身体和你们的可以重叠,可以互相穿透而毫无感觉。至于(u,v) 坐标到底是什么东西,物理意义如何,谁也不知道。

            对相信灵魂和肉体同时存在的朋友,双重宇宙的图像似乎是个福音。但不久柯尔 (R.P. Kerr) 找到了爱因斯坦场方程的另一个适用于旋转的球对称引力场的解析解,当然也包涵奇点。如果对柯尔解进行类似的坐标变换,则可以变出无穷个宇宙来。而一个肉体同时装着无穷个灵魂的故事在任何文化的任何神怪故事中都找不到。

            物理学的基本原理之一是相对性原理。根据这一原理,宇宙中的物理现象是客观存在的,不以坐标系的选择而不同。某些理论家们却以为通过坐标系的选择(仅仅是数学手段)便可以将发散的时空度规变成有限的时空度规,单个宇宙可以变出双重宇宙或多重宇宙。对相对性原理的违反,莫此为甚。

            由此可见,所谓多重宇宙问题,完全是数学家们非一一对应数学变换的产物,毫无物理意义。我们可以举一个浅显的例子。如果给定立方体的体积为一立方米,边长是多少呢? 只要开立方就行。初中生的答案是一米。可是学过复数的高中生说不对,一的立方根在复平面上有三个不同的数值。一只是实数解,其他两个复数解属于两个不同的宇宙。如果允许复数的相角不局限于0 360度的主值,则可以有无穷多个解,属于无穷多个不同的宇宙。这种理论有没有任何物理意义呢?排除没有物理意义的解,不正是解方程的任务的一部分吗?

 

3。挑战宇宙大爆炸的各种理论

 

            因为上述各种困难的基本性质, 涉及到是否要抛弃物理学赖以建立的根基,诸如能量和物质守恒定律,相对性原理,光速极限原理,时空的连续性,因果律等等,加上宇宙大爆炸理论本身的不自洽,过多的自由参数以及为补救困难而提出的各种假说的任意性和轻率性,许多物理学家无论如何无法接受宇宙大爆炸理论。至上世纪末,各种各样的不同理论被提出来,试图取代大爆炸理论。比较有代表性的有疲倦光子理论,稳态宇宙理论,反银河系理论,时变引力理论,收缩宇宙论,等等。这些理论试图避免宇宙大爆炸理论中的某些根本困难,但未能提供重要的理论预言,在方法论上有的重复着宇宙大爆炸理论的毛病。这些替代理论 (alternative theory) 仍是学术界讨论的话题,但没有对宇宙大爆炸理论产生根本性的冲击。

 

4。宇宙红移的色散衰变理论 (DET 理论)

 

            2005年,我在物理文献 (Physics Essays) 杂志上发表了“宇宙红移的色散衰减理论” (Dispersive Extinction Theory of Red Shift,简称DET 理论)一文, 并在2006年四月美国物理学会年会上报告了这一理论。DET理论对宇宙大爆炸理论的实验根基哈勃定律提出了完全不同的解释。根据DET理论,宇宙红移并不是由于恒星或银河系的运动速度造成的多普勒效应,而是由于宇宙空间媒体 (space medium) 对光线的色散衰减(包括吸收和散射)造成的。天体物理学界对空间媒体的色散衰减特性在实验和理论上都有非常深入的研究,积累了大量的实验数据。在可见光频谱范围内,空间媒体对光线的衰减差不多和波长成反比,在红外和紫外频段呈某种程度的非线性,在波长等于2175 埃时有一个共振吸收峰。空间媒体对光线的色散衰减使恒星看上去比实际颜色要红 star reddening),对地球上的观察者的视在亮度比实际亮度小。这些现象已经被天体物理学家们研究得非常透彻,成了常识。但直到2005年以前谁都没有发现空间媒体的色散衰减会造成恒星谱线的红移。究其原因,是因为在宽阔的频谱中任何一条单独谱线看上去都像只有单一频率的细线。加上哈勃定律先入为主,在物理学家脑中宇宙红移由多普勒效应造成已成思维定势。谁都不曾想到谱线宽度会在宇宙红移现象中有什么要紧。

            事实上,任何谱线都有一定的宽度,而不是只有单一的波长。我们知道,恒星光谱的光线是由寿命有限的波包组成的不相干光。理论上,只有时间从负无穷大到正无穷大的简谐振动才有单一频率。任何有限波包的频谱都覆盖从零到无穷的整个频谱。实际上,大多数恒星光谱的谱线宽度约为几个埃到几十个埃。射电类星体 (quasar) 的谱线宽度可以宽到约一百埃。谱线的频率分布(或波长分布)可以用洛仑兹曲线或高斯曲线代表。

            既然恒星光谱的谱线是有宽度的高斯分布,其在空间媒体中的传播当然要受到色散衰减的影响。即是说,高斯曲线的蓝色成分比红色成分衰减的多些,这就造成高斯曲线的峰值向红色方向移动,也就是谱线的红移。恒星离我们越远,空间媒体的厚度便越大,红移也越大。

计算表明,如果恒星或银河系里我们不太远,空间媒体的色散衰减造成的红移近似地和恒星离我们的距离成正比。这就是哈勃发现的红移和星等的近似正比关系--哈勃定律。如果距离大,并考虑色散曲线的非线性,则红移和距离的关系也是非线性的。

发人深省的是,哈勃终其一生对宇宙红移的多普勒解释都不满意。可是当时多普勒效应似乎是他知道的唯一能造成红移的物理机制。如果当时有了DET理论,他也许不会把宇宙红移归因于天体的运动,而尔后的宇宙学也许会是完全不同的面貌。

DET理论不仅对红移和距离的关系提供了全新的解释,它还揭示了前所未知的丰富内容, 那就是,宇宙红移不仅和距离有关,还和谱线的波长和谱线宽度有关。在线性近似下,宇宙红移和谱线宽度的平方成正比,和波长的立方成反比。此外,DET理论还可以成功地解释宇宙本底辐射,并可解答奥尔伯斯悖论(Olbers’ paradox)

DET理论并不排除天体的局部运动, 只是排除宇宙的总体膨胀。正如我们说大海没有膨胀,并不排除大海里的鱼和水分子的局部运动。DET理论依据的是天体物理确立了多年的有关空间煤体的知识,没有强加任何违背物理定律的假设。所用的数学极为简单,仅仅需要一点微积分和频谱分析,一般的理工科大学生都能理解。所以DET理论可以让所有从事理论和实验的科学工作者来检验。在这一点上,DET 理论绝然不同于那些依靠繁复的数学来隐藏基本假定,是非评判囿于一个理论小圈子的理论。

DET理论并不扬言是万能理论 (theory of everything)。它只是一个关于宇宙红移的理论,和诸如轻元素丰度的计算等问题无关。但是它动摇了宇宙大爆炸理论的实验基础。而支持一个在空间和时间上无穷的,稳定的经典宇宙。

DET理论和大爆炸理论孰是孰非,很容易通过实验检验。根据大爆炸理论,从同一个天体来的不同谱线的红移应是一样的。可是根据DET理论,同一个天体来的不同谱线的红移却可以因波长和谱线宽度的不同而不同。大量射电类星体 (quasar)的特点之一就是不同谱线的红移差别很大。比如说,射电类星体Quasar 0149+335 的三条谱线 Mg+,  C3+, H Lya 的红移分别是 0.82, 1.95 2.43。因为这些谱线属于同一频谱,所以绝对是从同一个天体来的,所以是对大爆炸理论的直接反证,但并不和DET理论冲突。

另一个实验事实是宇宙红移的非线性。这是对大爆炸理论的又一个直接反证,但并不和DET理论冲突。

DET理论还预言同一天体的不同谱线的红移和谱线宽度的平方成正比,和波长的立方成反比。如果这两个预言得到了实验证实,则DET理论的正确性将不容置疑。对这两个预言的实验验证应该是不太难的。我们期待实验天体物理学界这方面的进一步研究和检验。我也在寻求同行的合作。我曾希望能从已经发表的文献中挖出实验数据以验证这两个预言,可惜未能如愿。大抵因为天体物理学界一直以为红移是由天体运动造成的,不知道谱线宽度和波长会对红移有影响,所以同一天体不同谱线的红移都被简单地平均了(除非能解释为银河系的转动);而谱线宽度的数据或者没有系统地记录,或者记录了没有发表。这说明了如果一个理论被先验地认定为真理,对实验研究会产生多么深远的影响。

 

5。宇宙到底有穷还是无穷

 

         大爆炸理论的存在还有哲学上的原因,那就是宇宙的有限性,或时空的有限性。理论上,任何居于宇宙有穷假定的理论最终势必导致宇宙因引力而坍塌。爱因斯坦的有限球对称宇宙一开始便陷入了这一困境。唯一可能抵抗万有引力而避免坍塌的力只有因转动产生的离心力,一如行星依靠围绕恒心转动的离心力维持轨道的稳定。可是爱因斯坦知道转动不能解决困难,因为除非我们违背相对性原理,假定宇宙间存在某一绝对参照系,否则我们总可以选择一个宇宙在其中没有转动的参照系来讨论问题。另一个使爱因斯坦不愿触及转动的潜在原因是和光速极限原则的冲突。即是说,爱因斯坦时空是无法转动的。详见拙作"Rotational Behavior of Einsteinian Space" [Ling Jun Wang,  IL Nuovo Cimento (Italian Journal Of Physics), Vol. 115B, N.6,  pp615-624, 2000.]

            于是,爱因斯坦提出了一个大胆假设,即宇宙中可能存在着一种万有斥力。他在引力方程中加入了一个斥力项,又叫宇宙项。问题是这种假设的万有斥力必须和距离成正比才能使宇宙稳定。即是说,距离越远,这种作用越强。生活在地球上的人感觉不到附近星球的斥力,却被远在宇宙边际的星球的巨大万有斥力所控制。这无异于星象学,在科学上是背理的。爱因斯坦因而抛弃了他的宇宙项和万有斥力假设。

            大爆炸理论家们认为这是爱因斯坦一生犯下的最大错误。他们重新捡起了宇宙项,并比爱因斯坦当年走得更远。这一宇宙项不但可以承担稳定宇宙的艰巨任务,还可以使宇宙发散或封闭,一切唯理论家之命是从。

            其实爱因斯坦的宇宙项万有斥力假设是被宇宙有限的前提逼出来的。爱因斯坦的困难反证了宇宙无限哲学的合理性。一个无限的宇宙是永远稳定的。宇宙有无极限问题是比任何所谓的宇宙学原理,诸如大范围均匀原理,都要更为基本的原理,也是划分不同宇宙学派最主要的特征和分水岭。任何时间上有限的宇宙论不可避免地要归结到创造论,因而无法回避宇宙如何从无到有的问题,无法不违背质能守恒定律。因此可以说,哲学上创造论和非创造论的分野,反映在物理学上就是违背还是遵守质能守恒定律的分野,在宇宙学上就是有穷和无穷宇宙的分野。

 

6。海森伯原理和物质守恒定律

 

            前面谈到,大爆炸理论家们根据海森伯原理,假设真空扰动可以产生物质。在他们看来,海森伯原理比物质守恒定律更为基本,可以破坏物质守恒定律。

            每一个科学工作者,无论是理论家,实验家还是工程技术人员,都知道物质守恒定律的重要性和基本性。可以说,如果物质守恒定律被推翻,物理学以至科学的整个理论体系都要被推翻。我们知道,不但经典物理严格地遵守物质守恒定律,就是现代物理的两大支柱相对论和量子力学的建立,也不违背物质守恒定律。物质守恒定律和能量守恒定律的正确性经过了几个世纪不知多少实验的检验,无一违反的例子。关于物质守恒定律的重要性和基本性,毋庸赘述。

            至于海森伯原理,在薛定谔最初提出量子力学时,并不是必要的大前提,而只是薛定谔方程的一个结果。只是在量子场论中,海森伯原理才被赋予基本的重要性,与之相连的对易关系被用来定义玻色子和费米子。虽然我们不能根据爱因斯坦对量子力学的否定来对量子力学下定论,但毋庸讳言的是,量子力学和量子场论仍是现象逻辑性的理论(phenomenological theory) 。量子力学的基本假设,尤其是物理量算符化和几率波假设,没有办法用独立的宏观实验来检验。量子场论中的二次量子化和重整化,又是两条追加的无法独立检验的基本假设。量子理论对氢原子光谱,中子反常磁矩,兰姆移动,半导体能级的计算以及弱电统一模型使我们对这一理论有些信心,但也不能无视某些根本困难。重整化在概念上不是无懈可击的,且并没有完全解决发散问题。量子场论几十年的发展史,某种意义上可以说是一个驯服无穷发散的历史,而发散问题至今未被完全驯服。量子理论仍是一个有待进一步检验的发展中的现象逻辑性的理论。用这一理论中的海森伯原理来否定物质守恒定律,显然是站不住脚的。

            海森伯原理又叫测不准原理,本来是说动量和距离不可能同时被精确测量。动量的测量误差越小,距离的测量误差就越大;反之,距离测量的误差越小,动量测量的误差就越大。这一关系可以从薛定谔的量子力学推导出来,结果是动量误差和距离误差的乘积大于普朗克恒量的二分之一。同样地,从薛定谔的量子力学也可以推导出能量误差和时间误差的乘积也大于普朗克恒量的二分之一。在量子场论里,海森伯原理表述成物理量算子的对易关系。经过简单的算符代数操作,人们可以定义两个非常特别的算子 升算子和降算子。升算子作用在波函数上会使能量增加;降算子作用在波函数上会使能量减少。为了给这种数学结果注入物理意义,教授们把这解释为粒子的产生和湮灭。对于量子场论的数学操作,这种解释本来没有必要,也无关紧要。人们其实也不太认真追究这种解释的严密性和真理性。但是大爆炸宇宙学家们是真的认起真来了,把这种算符代数的演算规则当作理所当然的真理,并引经据典地搬出海森伯来服众。其实,把测不准原理解释成能量可以从无创生或湮灭为无,是不知不觉地偷偷塞入一个新的超级假设。物理量的测量误差和物理量的创生和湮灭是完全不同的两个概念。如果一个物理量测不准,就意味着这个物理量可以创生或湮灭,那我们就有了发财和对付经济危机的绝妙方法了。你只要天天用一个蹩脚的磅秤测量金戒指的重量,就可以不断地产生金子。想解决能源危机,便全民动手,测量汽油的体积或重量。您想长寿,也不必上峨眉山炼丹或者找须菩提祖师学道,只要抱着一个破闹钟测量时间。闹钟越是不准,您便活得越长。

 

7。科学研究的一般原则和方法论问题

 

            宇宙学虽然是一个很窄的领域,大爆炸理论却代表着二十世纪理论物理研究中哲学和方法论上的极端唯心主义偏向。在这些理论家看来,方程式的对称性和数学美比任何物理定律都更为重要,更为基本;海森伯原理比物质守恒定律和能量守恒定律更基本,可以在极端的时候破坏这些守恒定律而无中生有,创造整个甚至无穷多个宇宙。

            这些理论家的一个共同特点是非常随意地提出许多和物理定律相违背,违反逻辑的基本假定。从这些假定的大前提出发进行数学运算,如果结果和实验不符,便加入新的假定,直到得出和实验结果相符的数值。初看起来,这不正是科学遵循的以实验检验理论的传统方法吗?其实不然。传统科学有时也需要提出一些大胆的理论设想以推动科学前进,但这种新的科学设想的提出往往遵循基本逻辑规律并尽量尊重已为实验验证的物理定律。理论假设提出以后,需要通过大量相互独立的宏观实验的检验才能建立对新理论的不同程度的信心。像物质守恒定律,能量守恒定律,电荷守恒定律,因果律,物质不可重叠性,时间不可逆转性,空间的三维性,等等,都经过了无数独立的宏观实验检验,从未观察到违背的反例。只有经过了无数独立的宏观实验检验过的定理才可作为进一步研究的前提。大爆炸理论家们却反其道而行之,可以为了凑出某个实验数值而随便塞入几个违背物理基本定律和逻辑规则的新假定。而这些新假定有没有经过检验无关紧要。这是大爆炸理论和传统科学研究方法的一个主要区别。许多人奉行这么一种哲学,正确的假设固然是伟大的发现,荒唐的假设则可以打知名度。一百个假设中只要有一个是对的,就可以成大功名。人们只记得伟大的发现,而会原谅并忘却荒唐的假设。这种心态鼓励人们把严格的科学研究变成一种荒唐比赛。语不惊人死不休。语不荒唐死不休。

            当理论预言与实验结果相悖时,科学的态度是一方面检查实验的可靠性和精确性,一方面检查理论的严密性和大前提的合理性。理论与实验结果明显相悖通常是发现理论根本错误的极好机会。只有在确信理论和实验都无懈可击的时候,才有理由猜想新的机制和现象。可是大爆炸理论家们在这种时候往往异乎寻常地武断和轻率。当大爆炸理论预言的宇宙物质比实际测量的大几十倍时,他们立即宣称97%的物质是不可测量的暗物质,并假设各种奇奇怪怪的,没有任何实验根据的粒子(当然也应该是不可测量的)的存在来解释暗物质的质量。当地平问题,磁单极问题,宇宙大范围不均匀问题等等揭示了大爆炸理论本身的不自洽时,又可以不惜违背光速极限原理和质能守恒定律提出新的膨胀理论来补救。毫不夸张地说,每当学界揭示了大爆炸理论的问题,人们不太可以指望这些理论家们对理论本身的检讨和反思,而可以期待更多的奇怪假定,奇怪粒子,奇怪逻辑,奇怪概念和奇怪理论的出现。大爆炸理论家们在违背物理定律和逻辑规则,创造不可思议的概念和理论时的轻率和武断,不仅按照科学的标准是惊人的,就是按照神话创作的标准也是惊人的。

            所谓检验,必须有一个可供比较的标准,比如说公认的定律或实验结果。而在宇宙大爆炸理论面前,恰恰不可能有这种比较标准。如果他们的理论和实验结果不符,他们可以宣布这意味着伟大的发现。被否定的不是他们的理论而是实验结果。如果他们的理论违背公认的定律,他们会说定律不适用,被否定的不是他们的理论而是公认的定律。他们可以今天否定经典物理定律,明天违反他们赖以建立宇宙方程的相对性原理和光速极限,后天又可以否定它们自己的标准模型。似乎科学上已经没有是非可言了。无宁说,大爆炸理论就是标准,大爆炸理论家就是立法者。人们只须每天静候这些理论家们宣判哪些定理仍是对的,哪些今天已经过时了。就好像股票市场上可怜的股民静候股市开张行情一样。

            科学上的一个常识是,我们对实践和空间上离我们比较近的事情知道得比较详细,清楚,精确。时间和空间上离我们越远,知道得就越模糊。我们对抗日战争知道得非常清楚,对玫瑰战争知道的就模糊得多。对伯罗奔尼撒战争知道得就不甚了了。大爆炸理论却一反常理,对现实世界知道得很少,不能解释诸如宇宙空间大范围不均匀结构,重元素丰度,射电类星体谱线的红移异常等等摆在眼前的现象,却宣称对于遥远的过去和未来知道得非常精确,时间可以精确到 10-43 秒,密度常数精确到小数点后面五十八位!他们可以精确地计算出大爆炸后每一个无穷小时间中宇宙如何变化,在第一个10-43 秒钟宇宙婴儿如何在十维或二十六维空间中活命,过了10-43 秒以后又如何把其他六维或二十二位关掉;到了10-35 秒如何启动全宇宙的超光速膨胀,又如何在10-33 秒的瞬间膨胀了五十几个数量级之后突然刹车。他们不仅对于150 亿年前的宇宙能有如此精确的计算,而且还可以精确预言宇宙什么时候会突然湮灭, 真是匪夷所思。

            至于理论的数学表述,科学家遵循的原则是,在充分必要的条件下越简单越好。可是大爆炸理论家们在这方面也反其道而行之,似乎理论的正确性和数学的繁复性成正比。繁复的数学也为偷换概念,偷塞假定,掩盖错误提供了极大的方便,同时又是保护理论免受批判的最好屏障。

           

8。学术批评与学术自由的关系

 

            尽管大爆炸理论不可思议,许多人仍然表示不同程度的容忍与支持,原因之一,便是对学术自由的尊重与珍惜。我们宁可容忍一百个错误理论,也不要一不小心扼杀了一个可能是天才的思想。这动机本来是善良而伟大的。可是这里必须澄清学术自由的意义。学术自由是指学者不应该因为学术观点而受到宗教迫害和政治迫害,而不是禁止正常的学术批判。没有正常的学术自由就没有科学的健康发展;同样,没有正常学术批判也不会有科学的健康发展。这关系其实很容易把握:科学家不能因为他们的思想,观点和理论而受到政治歧视和迫害,不等于任何荒唐的理论都不需要经过学术界的严格检验就可以接受为物理理论。政治上的自由和学术上的严谨都是保证科学健康发展的必要条件。

            学术自由的重要性人人皆知。学术批评的重要性却为许多朋友忽视。有的甚至担心学术批评会扼杀学术自由。可是如果我们的教科书上充斥着大量违反自然规律的理论,而正确的理论却被说成是错误的理论,整个学术界将被引入歧途,年轻的一代将被先入为主地被错误的理论和荒唐的概念所教育。这对科学的发展将造成灾难性的影响。

            这决不是危言耸听。事实上,宇宙大爆炸理论最集中,最典型地说明了正常的学术批评的必要。宇宙大爆炸理论违反诸如物质守恒定律,因果律,时间不可逆性,相对性原理等物理学最根本的定律和最基本的逻辑规则,而试图代之以诸如无中可以生有,时光可以倒转,时空有限,时空不止四维,时空可以转换,可以超光速通过时空隧道旅行,物理现象取决于坐标的选择等毫无事实根据的概念和理论。年轻的物理学生被这些时髦的概念和理论教育得对经典理论毫无信心,被训练成一切从方程式出发,轻视实验,蔑视经典理论和逻辑的数学匠 (numerician)

            对违背物理定律和逻辑的理论的放纵最终导致大爆炸理论在学术界的垄断,几乎窒息了这一领域的学术自由。理论物理学界对大爆炸理论持反对意见的人被边缘化。宇宙学界的学术文章和科研经费的审定基本上由大爆炸营垒包揽。至上世纪八十年代,对大爆炸理论持反对意见的文章非常难得发表。在一个不发表文章就完蛋 (publish or perish) 的社会,这种压力使学术自由遭到极大的伤害。

本来就不从事理论物理的科学家们更被拒之于学术讨论之外,好像不懂相对论和量子力学就没有发言权。你没读过大藏经,有什么资格断言生死轮回和再世因缘是假的?许多朋友也服这一套,总以为自己接受不了大爆炸理论是因为自己数学修养不够。我有时候想,如果理论家们用相对论和量子力学算出安徒生笔下的皇帝确实穿了新衣(这应该比算出一个宇宙或无穷个宇宙要容易得多),只不过是高维空间的相对论量子衣服,只有理论造诣足够深的人才能看见,一定会有不少人说确实看见了皇帝的相对论量子新衣。

对违背科学的理论的正常学术批判的迫切性还在于保持后代健康成长的需要。宇宙大爆炸理论中的许多离奇概念虽然使科学家们感到惶惑,却使科幻小说作家感到兴奋。他们把这些离奇概念和武打功夫糅合在一起,加上电脑图像技术的特殊效果,编织出最使儿童们着迷的科幻电影。毫不夸张地说,好莱坞摄影棚在塑造儿童思想中起了非常大的作用。我们系经常接到一些中学生的电话,询问如何通过时空隧道超光速到达另一个宇宙,如何坐时间机器回到古罗马的角斗场。每次接到这种电话,我就心情激动,不能自已。为了后代,我们实在没有权利沉默。学术自由的本意是为防万一不幸扼杀了天才的发现,宁可容忍一百个谬论。只要学术界坚持科学原则,容忍一些与传统相悖的理论似乎也无关大局,有益无害。可是宇宙大爆炸理论对科学原理原则的违背已经远远超过并违背了这种学术自由的本意,彻底颠倒了是非,并开始用违背自然法则的哲学和世界观来铸造儿童的灵魂,并非有益无害了。学术界再不应该沉默,而应畅所欲言,坦率地表达自己的意见。在给年轻人介绍宇宙大爆炸理论时,不能报喜不报忧。既要介绍它的辉煌,也要介绍它的基本困难。使他们对这一理论有全面的了解。

受影响的还不止小孩,也包括科学家和政府官员。美国宇航局某一实验室的研究规划中,有一条居然是往别的星球移民,在此名义下支持反粒子推进器的研究。我曾问实验室主管,你们的飞船的目标速度是多少?他一指负责研究的教授说,他知道。这位教授会后告诉我说,应该可以达到光速的三分之一吧。从事航天工作的人都知道,这是多大的谎言。光速为每秒钟三十万公里。而航天飞机的速度在每秒十公里的数量级,相当于光速的三万分之一。航天科学家们知道要让速度增加一个数量级多么困难。即使航天速度增加一百倍,也不过是光速的三百分之一。以这样的速度要飞行一千三百年才能到达离太阳系最近的恒星(上帝保佑这颗恒星有一个适合人类居住的卫星)。这长达一千三百年星际航行所需要的燃料,氧气,水,食品,医药,教育,文艺体育,生老病死,政治制度等等问题如何解决呢?我经常告诉我的学生们,如果你看到的不明飞行物还没有我们的城市大,那一定不是外星人的飞船。

反粒子推进器只是这类应宇宙大爆炸理论之运而生的研究项目之一。类似的还有暗物质探测,重中微子探测,质子寿命探测等等。美国和西欧经济实力比较雄厚,有能力支持一些猜想性的试探项目。中国经济虽然在近三十年有长足的进步,但百端待举,基础工业和国防建设任重道远,科研经费并不丰裕。如果花太多的钱在不切实际的项目上,一定会影响重要科研工作的正常发展。一定要吸取美国超导超高能对撞机失败的教训,对费时费钱的大项目进行科学性,合理性和可行性的充分论证。

中国的科学研究也像经济建设一样,在近三十年有了飞跃,令人刮目相看。有人仅凭国际学术奖项的评比来评论中国的学术水平,未免过于功利主义。中国学术界学风严谨,不太会提出像宇宙大爆炸理论,超光速宇宙膨胀理论,时光隧道旅行或量子泡沫之类的理论。脚踏实地,遵守科学逻辑,正是中国学术界的长处。在思想开放,积极大胆地广泛吸收西方学术思想的同时,保持独立思考,去伪存真,才是中国学术界的希望。人云亦云,是非不明,跟着权威摇旗呐喊,赶国际时髦,以功利主义取代科学原则,把严肃的科学研究看作是敢于违背自然规律的荒唐比赛,是不可能在科学上成大气候的。

我真诚地希望得到各位前辈和学界同仁的批评。也希望中国学术界对宇宙学能有一个自由的,坦率的,科学的讨论。

 [49楼]  作者:王令隽  发表时间: 2012/03/18 06:45 

对【48楼】说:

與方勵之教授商榷

 

·王令隽·

 

          最近從《華夏文摘》上讀到方勵之教授的文章《宇宙學到底玩什麽?》獲益匪淺。但其中有一段話似乎欠妥。因爲這段話涉及到科學方法與阴阳學的根本區別,對物理學生們會產生指路的作用,所以想提出來商榷。爲了不歪曲原意,特將原文摘錄如下:

 

            巴基斯坦物理學家薩拉姆曾說:物理學的榮光就在於,它常常是從錯誤的基本原則出發得到正確的結果。例子太多了。牛頓力學的基本原則“絕對時空”,是錯的;热为“热质”的基本模型,是错的;電磁波是以太中的彈性波,也不對。波爾原子模型的基本假定,從一開始就不自恰。但經典力學,量熱學,電動力學的結果都是正確的,波爾模型算出的譜綫波長,也正確。可見,在這裡如果問“XXXX一定對嗎?”,即要求或黑或白的全稱答案,就太初級了,還停留在陰陽論等原始哲學水平。正確一點的問法應當是:還有那些理論上的不自恰?能不能通過重要的觀測檢驗?還有那些問題尚待解決?”

 

一。绝对时空与相对时空

 

        说“絕對時空是錯的”是不准确的。確地說,應該是“按照愛因斯坦相對論的觀點,‘絕對時空’是錯的”。也就是说,“絕對時空是錯的”这一论断建立在“相对时空是正确的”基礎上。时下物理学界支持相对论时空观的是大多数,翻译成俄文叫布尔什维克。怀疑或者反对相对论的是少数,孟什维克。在科学上,按人数多少和潮流判断是非,是非常危险的。还是要讲事实,讲道理,讲逻辑。不能把所有对相对论时空观持保留态度的人统统斥为“外行”。爱丁顿认为普天之下只有爱因斯坦和他自己懂相对论。照他的意思,格罗兹曼,泡利,托尔曼,玻尔格曼,闵可夫斯基,施瓦兹查尔德等等都不懂相对论。爱丁顿的这种相对论自豪感似乎已经为许多现代相对论学者继承。有些书上就居然写着,诺贝尔奖评选委员会之所以没有因为相对论给爱因斯坦颁奖,是因为诺贝尔奖评选委员会和当时的主要物理学家不懂相对论,是“外行者”。

 

            在反对相对论时空观的人中,至少有一个人很难被排斥为“外行者”,那就是洛仑兹。他可以说是相对论的始作俑者。洛仑兹变换是狭义相对论的脊梁。爱因斯坦借用洛仑兹

变换演绎出了狭义相对论的几乎所有主要结果。即使广义相对论的时空观,也是植根于狭义相对论的,这种逻辑联络的数学表述就是相对论等价原理。即是说,在任何有引力的时空中的任何一点,都存在一个变换将引力时空变到闵可夫斯基时空。既然洛仑兹变换对相对论如此重要,为什么洛仑兹自己反而不接受相对论呢?根本原因是他不能接受相对论的时空观。洛仑兹提出他的变换,本意是想玩玩数学,以得到他所想要的长度随时间缩短的结果,用以解释迈克尔逊-莫雷实验。为什么长度会随时间缩短呢?设想一根橡皮杆子,被一个力从后面推而顺着长度方向运动。不就会使橡皮杆子压缩吗?可是仔细一想,如果橡皮杆子是被拖着走而不是被推着走,那岂不是会使橡皮杆子伸长吗?何况,缩短也好,伸长也好,都是瞬态效应。一旦加速过程结束,橡皮杆子就会恢复到原来的长度。所以这种变换只是一种“集邮”式的数学游戏,找不到物理根据。何况,根据牛顿定律,力和加速度成正比,而和速度无关。另外,时间也不应该是速度的函数。所以洛仑兹不能接受相对论的时空观。

 

            还有一个不接受相对论的人,也不容易被排斥为“外行者”,那就是曾任英国皇家天文学会会长的丁格尔。在五十年代关于“钟佯谬”的争论中,丁格尔是反相对论的旗手。两派争论不休,《自然》杂志只好让丁格尔和麦基雅各登一篇简短的结束语,不了了之。

 

          以后克莱茵,戈登和狄拉克把相对论和爱因斯坦不相信的量子力学结合,发展出量子场论。保持拉格朗日函數和方程式的协变性遂成了理论物理学家的标准语言和破题起股文章,再也没有多少人愿意去深究钟佯谬的逻辑问题。相对论的怀疑论者成了绝对的少数派。但孟什维克们不仅没有沉寂,而且后继有人。1999 我发表了一篇文章“检验钟佯谬的对称实验” ("Symmetrical Experiments to Test Clock Paradox", Ling Jun Wang, Physics and Modern Topics in Mechanical and Electrical Engineering,  p 45, Ed., Nikos Mastorakis, World Scientific and Engineering Society Press, ISBN: 960-8052-10-6, July 1999.) 次年夏天,世界科学工程协会请我在希腊年会的全体会议上作了关于钟佯谬问题的主题演讲。对称钟佯谬实验就是让两个双胞胎兄弟开着两个同样的飞船,带着同样的钟到一个远离引力的外层空间集合,然后同时以同样的速度向相反的方向飞,飞過了预先约好的同样时间以后返回。重逢以后再比较谁年轻些。对称实验排除了许多和逻辑无关的狡辩,集中到时间的相对性这一关键问题。文章还详细地分析了著名的相对论实验,如介子寿命测量和原子钟环球飞行实验。如讀者有兴趣,歡迎對此文提出批评和駁斥的意见。

 

            相对论还有一个基本困难,那就是它只有平动相对性,而没有转动相对性。根据相對性原理,任何物理现象都可以在人们选择的任何坐标系中得到正确的描述,没有一个特定的唯一正确的坐标系。比如说,有两个观察者同时测量月亮的速度和加速度。一个在地球上,一个在与恒星相对静止的恒星坐标系。他们测量到的月亮的速度各不相同,因爲這两個觀察者之間有相對的平動和轉動,但這些不同的速度都是正确的。关键是这些数值之间可以互相变换。所以一個完備的理論既要有平动变换,也要有转动变换。在经典力学里,平动变化是伽利略变换,转动变换叫欧拉变换,缺一不可。在相对论里,只有平动变换,就是洛仑兹变换,可是愛因斯坦和他的后继者没有给出相对论转动变换。

 

            问题来了。我们知道地球的引力场可以在地球坐标系里研究。在这个坐标系里,爱因斯坦引力场方程的解是施瓦兹查尔德解。但地球的引力场也可以在恒星坐标系里研究。在这个坐标系里地球是转动的,爱因斯坦引力场方程的解是科尔解。这两个解哪一个正确呢?应该是都正确,只要有一个相对论转动变换就行。2000年,我在意大利物理杂志Nuovo Cimento 上发表了“爱因斯坦空间的转动行为”(参看拙作 "Rotational Behavior of Einsteinian Space", Ling Jun Wang,  IL Nuovo Cimento Vol. 115B, N.6,  pp615-624, 2000),找到了施瓦兹查尔德解和科尔解之间的变换,可是有一个条件,就是半径和角速度的乘积不能大于光速。换句话说,如果半径大于光速与角速度的比,这种变换就不存在,相对论就失去了转动相对性。

 

            这个问题其实可以非常简单地理解。我们知道,地球在转动,所有的天体相对于地球都在转动。相对转动的綫速度是多少呢?经典地,线速度等于地球的角速度乘与天体与地球之间的距离。可是这个公式给出的恒星的相对速度都大于光速!这就与相对论的基本假定相悖。那么,根据相对论如何计算恒星相对于地球的转动线速度呢?不知道。相对论没法給出这种公式。读者们如果不相信,可以去请教一些你们认识的内行者,问问他们用什么公式计算。我想他们大概不至于内行到说恒星相对于地球的转动线速度等于零吧。(我的一些学生如此说。)

 

            没有转动相对性,就意味着空间不是各向同性的。这是相对论时空的又一个基本困难。

            以上当然都是外行的孟什維克的意见。让我们现在来看看内行的布爾什維克们对爱因斯坦相对论时空的态度。“标准”大爆炸模型的一个著名困难是宇宙大爆炸的速度超过光速。这就从根本上推翻了相对论的基本假设和时空观。如果速度等于光速,洛仑兹变换公式的分母等于零,整个洛仑兹变换,洛仑兹缩短,爱因斯坦延缓,都没有意义。如果速度大于光速,则时间和空间以及其他物理量就会变成虚数。大爆炸的速度超过光速多少呢?“标准模型”中宇宙膨胀速度可以超过光速几百倍。在古斯的“膨胀理论”中,物质的膨胀速度超过光速二十几个数量级!大爆炸理论对相对论基本原理的破坏是在挖自己的理论墙角。是根本的理论不自恰。

            爱因斯坦场方程的经典解,也就是施瓦兹查尔德解中有一个奇点(其实是奇面),在这个奇点时空度规发散为无穷大。相对于这一奇点的半径叫施瓦兹查尔德半径。在施瓦兹查尔德半径之内,時空会互换,时间会变成空间,空间变成时间。时间變成三维的,空间变成一维的。没有人能给这种一维空间和三维时间的物理意義作出任何合理的解释。理論變質到這部田地,就只剩下信仰了。一个发散的解是失败的数学表述。避免无穷大是一个科学家的常识。即使在现代物理中也是如此,否则何必要重整化?何必要克鲁斯科(M.D. Kruskal)变换?黑洞就是施瓦兹查尔德半径以内的时空。黑洞里的时空翻转决定了整个黑洞理论毫无物理意义。

            不过,你要是以为时空翻转这样的困难能吓倒霍金,那就大错特错了。霍金是近年来风头最健的大爆炸明星之一。可以说,他是天才地,创造性地,全面地继承,捍卫和发展了爱因斯坦主义。在他天才地创造性地发展了的时空概念里,有一些可能会吓倒爱因斯坦:时间可以倒流,历史可以倒转,结果可以发生在原因前面;时间是二维的,既有实时间,也有虚时间,而且虚时间比实时间更实在。霍金对相对论时空观的这些天才的创造性的发展,无疑是在“物理的荣光往往是从错误的基本原则出发得出正确的结论”的哲学思想指导下达到的。

            爱因斯坦会不会接受霍金的这些革命的时空观呢?根据爱因斯坦的历史表现,不太可能。他不仅终生不接受薛定谔和海森伯的量子理论;而且还抛弃了他自己提出的万有斥力假说和宇宙项。爱因斯坦的世界观,或宇宙观中还残存着相当多的旧的思想意识,比如能量守恒和因果律,所以他也是一个相當保守的反冒进的小脚女人。他不可能接受违背因果律的理论,它不可能接受虚时间的概念。他大概也不会承认它的理论在大爆炸时不成立。而今爱丁顿不在了,不知谁是决定“内行者”资格的相对论掌门人。爱因斯坦如果健在,是否跟得上時空觀上不断革命的日新月异的大好形势,是否够资格做“内行者”,还不一定呢。我看玄!

            其他大爆炸理论家也许不一定都附和霍金的这些时空观,但是他们一般地认为,在大爆炸时,爱因斯坦的理论不成立。相信在时空不存在的真空中存在大量的能量。没有时空,质量和电荷,能量是个什么东西呢?我们不妨查一查物理中的各种能量表达式。动能等于质量乘以速度的平方的二分之一,没有空间和时间能定义速度吗?没有质量和速度会有动能吗?势能等于质量乘以重力加速度再乘以高度,没有时空哪来的加速度和高度?在热力学中有一个能量公式,表面上似乎和时空无关,那就是斯蒂芬玻尔兹曼热辐射公式,能量和温度的四次方成正比。可是温度本质上是分子的平均动能,没有时空如何定义动能?没有质量,玻尔兹曼常数是个什么东西?电场能量密度等于电场强度平方乘以介电常数,没有时空和电荷如何定义电场强度?光量子能量可以表示成普朗克常数乘以频率。没有时间如何定义频率?没有时空和质量如何定义普朗克常数?這些内行者們時空觀的混亂,荒謬和輕率,怎一个“不自恰”了得!

            在大爆炸理论界时空观念如此混乱的情况下,我们有足够的底气说“绝对时空”是错的吗?能理直气壮地说经典力学是建立在错误的原则上吗?

            相比之下,经典时空观却愈来愈显出科学理论的特征:经得起时间和实践的无休止的直接考验。直接,不是间接,更不是躲到遥远的过去或未来,或遥远的宇宙边际去逃避检验,也不是拐弯抹角地演绎出一些转过好几个环节的间接的孤立现象来拼凑证据。 “絕對時空”是從大量的實際觀測中抽象出來的概念,並天天在被無數的宏觀試驗和實踐所證明。從歐幾裏得幾何到黎曼幾何,都是以“絕對空間”的概念為前提的。從托勒密到哥白尼的天文學,從伽利略,牛頓的力學到麥克斯韋的電磁場理論,從吉布斯到波爾玆曼的熱力學,都是以絕對時間和空间的概念為前提的。直到現在,還沒有一個可靠的宏觀試驗是違背 “絕對時空”的概念的。越来越多的理论工作者感到绝对时间的重要,只是他们不太愿意脱离主流,往往打左灯,向右拐,不说绝对时间,而说“公共时间”,即所有坐标系用同一个“公共时间”。大爆炸理论家们自己也在慢慢滑向某种與大爆炸同步的绝对坐标系,叫做 微波本底辐射(MBR)坐标系。说绝对时空是错的还为时尚早。到底谁是谁非,用得上一句经典格言:谁笑在最后,谁笑得最好。

 

二。物理學是不是從錯誤的基本原則出發?

 

            除了经典力学以外,方教授还举出热力学,电动力学和原子物理的例子,好像整个物理学都是从错误的基本原则出发的。

 

            十八世紀的“热素说”,根本就不是热力学的基本原则和出发点,只是一個化學家试图用以解释热传导现象的理论。他假定热量是某种叫做热素的物质。这种“错误的基本原则”能够得出某些热传导的“正确结果”。热素说不久就被焦耳的热功当量实验推翻,焦耳的热功当量实验確立了热力学第一定律。热力学第二定律,則是基于对大量的不可逆过程的观察研究而确立的。物理学界好像还没有人认为热力学的这些定律是“错误的基本原则”。整個熱力學體系,包括能量均分原理,氣體的動力學理論,麥克斯衛速度分布律和熱力學方程組,氣態方程,熵增長定律,黑體輻射理論等等,都和热素说風馬牛不相及。热素说的例子恰好说明,“从错误的基本原理得出正确的结果”并不能使这种理论成其为正确的理论,不能給物理學帶來任何榮光。

            可以和热素说相比的另一个例子是地心说。地心说从地球是宇宙中心这一错误原则出发得出的正确结果比热素说的结果多得多,准确得多。可是因为基本原理是错的,“正确的结果”不仅不能使地心说给物理带来荣光,反而带来了耻辱,学术迫害与灾难。伽利略和哥白尼的悲剧,以血的代价告诉人们,科学一旦滑入宗教是多么的危险。

            电动力学的实验基础是库仑定律(高斯定理),安培环路定律和法拉第电磁感应定律。麦克斯韦在这些实验定律的基础上总结出一套方程组,并预言电磁波的传播。仅仅在这里,人们才推想电磁波的传播需要媒质,因而推向以太的存在。当时有人把电磁波误认为以太中的机械弹性波。这种误解和电动力学体系毫无关系。以太的概念不是电动力学所赖以建立的基本原则,而是人們爲了理解電磁波傳播而推想出來的波動媒質。无论假定电磁波是通过电磁场传播还是通过以太传播,丝毫不影响经典电动力学的整个体系。

 

            越来越多的实验证明,宇宙空间不是真空,而是存在着媒质。几个世纪前,人们以为空气是真空。后来才发现原来空气有着丰富的内容。我们现在假定宇宙空间什么都没有,是真空,这可能是在重复着几百年前的错误。以太的存在与否,也还不能定论。大爆炸理论家们起劲地反对以太的概念,自己却走得比以太说还远。大爆炸理论中的真空,有着无穷的能量,能炸出无穷多的宇宙。经典的以太有这样的神通吗?

            至于波尔的理论,其基本原则是否错误,我倒不太有兴趣褒贬。波尔理论极为简单。可以说除了电子轨道量子化的基本假定以外,就是结果 里德伯公式。中间推导不过是一点极简单的代数,不到半页纸。剝掉结果里德伯公式,波爾理論就只剩下“一開始就不自恰的错误的基本原则”了。那波尔理论还有什么价值呢?难道一個經驗公式加上一些一開始就不自恰的错误的基本原则就可以包装成一个伟大的理论?

            人在有了权威志得意满的时候,说话往往比较随便,比较浪漫。当年曹孟德提点八十三万人马下江南,破荆州,下江陵,顺流而东也,舳舻千里,旌旗蔽空,酾酒临江,横槊赋诗,固一世之雄也。此时也是他言行最容易出格的时候。物理学家有了权威,也容易说话随便,言过其实。萨拉姆说这话的时候,也是志得意满。不过,他的话也可以理解为西方学者的幽默和谦虚。你要是认起真来,说他们的弱电统一模型是“从错误的基本原则出发得到的正确结果”,萨拉姆和温伯格会答应吗?诺贝尔奖评选委员会会因为温伯格-萨拉姆模型是一个“从错误的基本原则出发得到的正确结果”而颁给诺贝尔奖吗?

            方教授的真正意思,大概是想借用萨拉姆的话,来为主题 “宇宙学到底玩什么” 摆这么一个理:既然物理学的荣光就在于从错误的基本原则出发得到正确结果,而且整个物理学 (经典力学,热力学,电动力学,原子物理)都是這麽玩的,那大爆炸理论为什么不可以這麽玩呢?

            这里我们必须区分“不太精确的原理”和“错误的基本原理”。前者是在一定条件下近似正确的原理(比如热力学上的查理定律和电学上的欧姆定律);后者是违背自然界的根本事实或违反科学逻辑的根本性的错误原则(比如违背物质和能量守恒定律,违背因果律,虚时间等等)。所以我们有必要看看大爆炸模型的基本原则,或基本假定,属于哪一类,看看外行者們是不是有理由问一问 “大爆炸模型一定对吗?”这样的初级问题,有没有理由要求一个黑白分明的答案。

            三。大爆炸理论的基本假定

            大爆炸理论最重要的基本假定是:

            1)基本方程是爱因斯坦引力场方程;

            2)边界条件是有限的球对称的;物质和能量的分布是均匀的,各向同性的;

            3)这个有限的宇宙从零开始线性爆炸;

            4)经典热力学定律适用于大爆炸时的极高质量密度,极高压,极高温的条件。

当然还有。但以上的几条最为基本。

            1)爱因斯坦引力场方程及边界条件

            我们不妨把爱因斯坦的场方程作为一个讨论的共同基础,或基本原理,而着重考察求解这一方程的边界条件,即上述基本假设的第二条。爱因斯坦的引力场方程是一个非常复杂的四维空间的张量微分方程,非常难解。爱因斯坦建立了场方程以后,并没有找到它的解。稍后施瓦兹查尔德找到了在非旋转球对称边界条件下的解。以后科尔又找到了旋转球对称场的精确解。这是我们知道的爱因斯坦场方程的仅有的精确解。如果边界条件复杂一点,比如说如果宇宙不是各向同性或不是均匀分布的,能不能找到爱因斯坦场方程的解呢?难!数学上非常之难,“没法玩”。过于繁复的数学也是爱因斯坦广义相对论的一个弱点。所以连爱因斯坦本人也只能玩玩均匀的各向同性的球对称引力场,别的便玩不动了。这是为什么各种不同版本的大爆炸理论都离不开均匀和各向同性的假定的真正苦衷。为了给这种边界条件找实验根据,许多关于大爆炸理论的书籍里往往会转抄一张现在观测到的宇宙中的恒星和银河系分布图。肉眼一看,好像分布差不多是均匀的。但是精确的分析和越来越多的观测数据证明恒星和银河系的分布是不均匀的,尤其是大范围的不均匀结构,外号叫“宇宙长城”(Cosmic Great Wall),更以不可抵赖的事实证明宇宙不但在小范围不是均匀而各向同性的,而且在大范围也不是均匀而各向同性的。能不能因为数学困难就把不符合事实的最简单的边界条件强加于复杂的系统来求解一个方程?不行。这是数学常识。特别地,不能随便把无穷边界条件简化为有限边界条件。

            爱因斯坦试着把他的广义相对论用到宇宙学上,根据简单的有限球对称边界条件和宇宙物质各向同性均匀分布的假定来求解他的引力场方程。可是,任何居于宇宙有穷假定的理论最终势必导致宇宙因引力而坍塌。爱因斯坦的有限球对称宇宙一开始便陷入了这一困境。于是,爱因斯坦提出了一个大胆假设,即宇宙中可能存在着一种万有斥力。他在引力方程中加入了一个斥力项,叫做宇宙项。这种假设的万有斥力必须和距离成正比才能使宇宙稳定。距离越远,万有斥力越强。生活在地球上的人感觉不到附近星球的斥力,却被远在宇宙边际的星球的巨大万有斥力所控制。这是科学上背理的星象学。爱因斯坦因而抛弃了他的万有斥力假设。大爆炸理论家们认为这是爱因斯坦一生犯下的最大错误。他们捡起了爱因斯坦抛弃的宇宙项,并比爱因斯坦当年走得更远。爱因斯坦的困难反证了宇宙无限哲学的合理性,证明了上述第二条基本假定的错误。现在有的朋友以为大爆炸理论是从广义相对论推导出来的。如果大爆炸理论错了,岂不是意味着相对论引力理论错了?这是一种误解或误导。这种误导想利用爱因斯坦的名望为大爆炸理论保驾护航。其实,即使大爆炸理论是错的,也并不意味着广义相对论是错的,而是有限宇宙边界条件错了。有限宇宙边界条件并不是相对论引力理论体系的一部分。爱因斯坦玩了一下就不玩了。没有有限宇宙的边界条件,就没有大爆炸理论,但不影响广义相对论的对错。

 

            2)宇宙线性膨胀假定

 

            宇宙线性膨胀假定的实验根据是哈勃定律。哈勃观察到恒星谱线的红移和恒星离地球的距离大致成正比。但是要把这一观测结果变成宇宙线性爆炸的假定还要有两个条件: 1)必须把红移解释成星体或银河系的运动而造成的多普勒效应;2)这种红移与距离的关系必须是严格线性。第一个条件和相对论光速极限原理相悖。因为把红移归因于地球的运动将使大部分天体的速度超过光速。这就违背了大爆炸理论自己的理论基础,是根本性的不自恰。对造成红移的原因,还有不与光速极限原理相悖的其他解释,比如疲劳光子理论和DET理论。至于第二个条件,即严格线性的条件,是为了避免使大爆炸理论滑入地心说的救命符。大爆炸理论家们把这种线性爆炸宇宙模型称为葡萄干布丁模型。哈勃定律的严格线性恰恰遭到了实验的严重挑战。美国麻省理工学院的施格尔 (I.E. Segal) 和国防分析研究院的尼柯尔 (J.F. Nicoll) 1992 12 月的自然科学院会报第 89 天文学上 (Proc. Natl. Acad. Sci. USA, Vol. 89, pp. 11669-11672, December 1992, Astronomy) 发表了他们的实验研究结果,证明了哈勃定律的非线性。施格尔和尼柯尔用多种统计方法对红外线天文卫星(IRAS)的 2000 多组数据进行了严格而系统地分析。结果证明宇宙红移和距离的平方成正比,而不是和距离的一次方或三次方成正比。而此前的教科书上引用的线性哈勃定律是基于从阿贝尔目录中筛选出的116 组数据得到的。筛选的标准便是要符合有待证明的线性哈勃定律。

 

            我在拙作“哈勃定律的地心说性质”(The Geocentric Nature of Hubble Law) 一文中用经典理论和相对论精确地论证了:即使哈勃定律是严格线性的,用天体的膨胀来解释宇宙红移也不可避免地要导致地心说。所谓的葡萄干布丁模型依据的是经典力学中坐标和速度的线性变换,也就是伽利略变换,可是宇宙大爆炸理论是建立在相对论力学上的。在相对论中速度的变换是非线性的。所以各向同性的哈勃定律势必导致地心说。

 

            3) 热力学定律的适用性

 

            任何一个热力系综的构成都以系综中的粒子有充分的时间进行多次碰撞为条件。否则便无法定义压力和温度。因此,许多热力学公式一般地不适用于剧烈的大爆炸过程。普通炸药的爆炸和原子弹爆炸过程中还多少有些碰撞。跑得快的粒子会撞上前面的慢粒子。而且粒子的速度也不会是严格径向的,多少还有点横向速度,横向碰撞。可是宇宙大爆炸模型和现实的爆炸过程有本质的不同。大爆炸的葡萄干布丁模型使任何碰撞都不可能。第二,宇宙大爆炸的膨胀速度可以超过光速,没有任何一个热力学定律适用于超光速情形。第三,宇宙大爆炸的速度分布率完全违背麦克斯韦速度分布率,当然也违背能量均分原理,而麦克斯韦速度分布率和能量均分原理也是热力学的基本原理。违背这些基本原理,热力学定理便不适用。

 

            从以上对大爆炸理论的基本假定的分析可以看出,除了第一条以外,其他的基本假定都不成立。而第一条假定则为大爆炸理论的重要结果之一 宇宙的超光速膨胀 彻底推翻,这是本质上的不自恰。

 

            四。大爆炸理论的结果

 

            大爆炸理论的主要结果大致有以下几条:

 

            1)预言了宇宙本底辐射(CBR)的温度,解释了轻元素的丰度;     

            2)宇宙物质密度必须精确地等于临界值;

            3)预言“暗物质”是实验测量到的物质的三十倍;

            4)宇宙膨胀速度超过光速;

            5)地球在宇宙中心;

            6)与射电类星体的红移异常数据直接相悖;

            7)物质,能量和电荷必须能够从无到有被创生出来。

 

            一三两条是大爆炸理论津津乐道的成绩,其他几条是众所周知的困难。我们来对这些成绩和困难具体分析一下。

 

            1)宇宙本底辐射(CBR)的温度和轻元素的丰度         

 

            预言宇宙本底辐射的温度曾经是大爆炸理论引以自豪的成绩之一。上世纪六十年代初,普林斯敦的狄克教授和他的学生皮伯尔斯用封闭的振动宇宙模型来解释宇宙中氦的组成。他们发现如果能质比等于一千亿光子比一个质子,他的爆炸模型就能给出正确的氦的组成(25%)。根据这一模型他推算出宇宙本底辐射的温度为20 oK。不久,贝尔电话公司的彭齐亚斯和威尔逊偶然地观察到了接近这一频段的宇宙本底辐射,实验量出的宇宙本底辐射温度为 3.5 oK1989年,美国宇航局发射了一个宇宙背景探测卫星 COBE对宇宙本底辐射重新进行精确测量。测量出的温度为 2.7 oK。各向异性不到万份之一。这个温度比狄克和皮伯尔斯的理论值小七倍。根据热力学的斯蒂芬波尔兹曼定律,黑体辐射的能量和温度的四次方成正比。大爆炸理论给出的宇宙能量比实验测量的大几千倍。这将导致约几个数量级的能量差别。实验量出的如此低的宇宙本底辐射温度意味着宇宙物质密度低到无法使宇宙封闭,而封闭性正是封闭震动宇宙模型的根本。如果强行设定大的宇宙物质密度以使宇宙封闭,将这么低的宇宙本底辐射温度代入他的方程式将导致全部物质变为氦的荒唐结论。即是说,他们的大爆炸理论不可能自洽地同时给出氦的组成和宇宙本底辐射温度的正确数值。封闭宇宙模型不得不被抛弃。这种结果极具讽刺性。封闭振动宇宙模型预言了宇宙本底辐射,本底辐射温度又推翻了封闭振动宇宙模型。好在有不同的模型可供选择。如果选择开放模型,并且对某些自由参量作些调整,则可得出氦,氘和锂的正确数值。经过许多参量的修正以后,对轻元素丰度的计算已经算不上什么“预言”,而是事后诸葛亮的“凑合”。

 

            宇宙本底辐射测量结果给宇宙大爆炸理论带来的最大困扰是著名的地平问题。宇宙本底辐射近乎完美无缺的各向同性和黑体辐射特性证明了这一辐射是一个高度平衡的热力系综。这种高度平衡需要物质的多次碰撞才能实现。可是如上所述,宇宙大爆炸理论模型中的粒子是不可能实现这种碰撞的。所以宇宙本底辐射近乎完美无缺的各向同性的结果,对宇宙大爆炸理论是一个根本的否定,而不是肯定。

 

            2) 宇宙物质的临界密度与大爆炸理论的稳定性

 

          在宇宙大爆炸理论的诸多自由参数中,最重要的莫过于宇宙物质密度。它直接关系到宇宙未来的命运。如果宇宙物质密度太大,则引力太大,宇宙将是封闭的,最终将被引力拉回到原始奇点而消失在大湮灭之中。如果宇宙物质密度太小,则引力太小,宇宙将是开放的,最终将无限发散到物质密度为零。只有当物质密度等于一个临界值,即密度参数精确地等于一时,宇宙才会是渐近平坦的实际宇宙。为了得到一个渐近平坦的宇宙,在大爆炸初始,如果密度参数与一的偏差大于十的负四十次方,宇宙将在不到一秒之内就湮灭或发散。

 

            如果我们看看宇宙大爆炸理论关于宇宙的未来结局对密度参数的依赖,这种不稳定性就表露得更为彻底。密度参数从临界值任何无穷小的偏离将意味着宇宙绝然不同的结局:或为封闭宇宙而湮灭, 或为渐近平坦的现实宇宙,或为开放宇宙而发散为零。大爆炸宇宙学家往往说,宇宙在遥远的过去和未来究竟如何其实没多大关系。可是,宇宙学的意义不正在于对于过去和未来的正确认识吗?如果连宇宙是否会永远存在下去还是某一天会湮灭这样的问题都不能回答,宇宙学对未来的指导意义又在哪里呢?

 

            大爆炸宇宙学界喜欢谈论所谓“标准模型”和“非标准模型”。我至今不清楚哪一个是“标准”,哪一个是“非标准”。爱因斯坦和德斯特的宇宙是“标准模型”吗?除爱因斯坦外唯一懂相对论的爱丁顿和他的学生利玛特的宇宙是“标准模型”吗?利玛特还和佛里德曼合作了两个宇宙模型,一个会坍塌,一个会发散,哪一个是“标准模型”?预言了微波本底辐射的迪克和皮伯尔斯的封闭振动宇宙是“标准模型”吗?量子泡沫理论属于“标准模型”吗?古斯的膨胀理论属于“标准模型”吗?这些模型像走马灯似的,热闹闹你刚唱罢我登场。就像齐天大圣捡玉米,捡一个丢一个。对于外行者来说,要求其实非常简单,非常初级:你们的“标准”至少应该给一个准话,宇宙到底最终会湮灭呢,还是会发散呢,还是渐进平坦的?我们至少应该知道是否会有世界末日,要不要未雨绸缪,尽早找好虫洞,以备万一(应是十的五十八次方分之一)。

 

            大爆炸理论对密度参数的依赖灵敏到十的负五十八次方,说明宇宙大爆炸理论的极端不稳定性。

 

            3)“暗物质”问题

 

            “暗物质”问题是上述宇宙大爆炸理论的极端不稳定性的直接结果。渐近平坦的现实时空要求宇宙物质密度正好是临界值,约为每立方米十的负二十六次方公斤。这一数值比实验测量的宇宙物质密度要高出至少三十倍。这一理论失败,使对轻元素丰度计算的成功黯然失色。于是理论家们宣称宇宙中 97% 的物质是观测不到的暗物质。一个重要的理论失败居然摇身一变为重大发现。

 

            “暗物质”不是通常意义下不发光的物质。不发光的天体的质量也是可以测量的。只要测量暗天体的某一发光卫星或伴星的速度和半径,就可以根据万有引力定律计算出它的质量。许多不发光天体的质量就是这样测量出来的。银河系的质量就包括不发光天体和星际物质的质量。大爆炸理论中的“暗物质”其实是指用万有引力定律都无法测量到的物质。宇宙大爆炸理论的基础是引力方程。逻辑上,由这一方程推出的物质质量当然应该服从万有引力定律。如果它不服从万有引力定律,又怎么能够在保持时空平坦中起任何作用呢?如果“暗物质”服从万有引力,他就应该能够被测量到;反之,如果“暗物质”不能够被测量到,它就不服从万有引力。以不服从万有引力的“暗物质”来保持引力时空的平坦,是明显的逻辑背理。

 

            4)超光速膨胀问题

 

            宇宙大爆炸理论的一个著名而又致命的困难是超光速膨胀,又叫地平问题。这一困难之所以致命是因为它违背了大爆炸理论赖以建立的基础 -- 相对论的基本原理,挖了自己的墙脚,是根本性的不自恰。又因为超光速膨胀使得宇宙物质没法碰撞而否定了热力学定律适用性的基本条件。

           

            5)导致地心说

 

            如上所述,宇宙线性爆炸的假说将导致谁都无法接受的中世纪的地心说,这是完全违反相对性原理的。仅此一条,就可以根本上否定宇宙大爆炸理论。

 

            6)射电类星体的红移异常

 

            射电类星体 (quasar) 的特点之一就是不同谱线的红移差别很大。比如说,射电类星体Quasar 0149+335 的三条谱线 Mg+,  C3+, H Lya 的红移分别是 0.82, 1.95 2.43。因为这些谱线属于同一频谱,所以绝对是从同一个天体来的。按照大爆炸理论,红移和速度成正比,射电类星体红移的巨大差别就意味着一个物体同时以几个速度离地球而去,这显然是荒谬的。所以射电类星体的红移异常直接反证了大爆炸理论的荒谬。另外,射电类星体的红移非常之大,如果用哈勃定律计算射电类星体的位置,则它们都应该在大爆炸宇宙的边缘。好像射电类星体只在宇宙的表皮才有,而宇宙本体中基本没有。这就带来三个问题。第一,射电类星体的这种分布直接推翻了宇宙均匀分布的基本假定;第二,射电类星体的视在亮度非常高。如果射电类星体分布在宇宙边际,将意味着这些射电类星体的绝对亮度会令人难以置信地高,大约相当于太阳亮度的十亿倍;第三,如果把宇宙比喻成一个球形的果子,大爆炸理论对射电类星体的分布的计算表明我们离果子的表皮是等距离的。也就是说,地球坐落在球形宇宙的中心。这又证明大爆炸宇宙学本质上是一种地心说的理论。

 

            7)数学创造轮 -- 能量,物质和电荷的创生

 

            创造论是大爆炸宇宙学最为重要的一个结果。大爆炸理论宣称宇宙的全部物质,电荷及其拥有的无穷能量可以在大爆炸的一瞬间无中生有的被创造出来,又会在大湮灭的一瞬间消失得无影无踪。这是宗教创造论和宗教毁灭论的数学表述。难怪梵蒂冈对大爆炸理论特别感兴趣。大爆炸理论发展史上的一个重要推动者,爱丁顿的学生利玛特(Lemaitre),便是天主教庭的科学委员会主任。

 

            宇宙如何无中生有,这无穷的物质和巨大的能量如何在大爆炸的一瞬间突然冒出,又如何在大湮灭的一瞬间突然消失得无影无踪,是“外行者”们要求一个“非黑即白”的答案的问题。绝大部分大爆炸理论家们总说“问题没有意义”,拒绝回答。因为他们无法回答。他们知道任何回答都会是荒唐的。根据霍金的量子泡沫(又叫宇宙婴儿)理论,从我们宇宙中的每一立方厘米的空间中每秒钟要产生出十的一百四十三次方个宇宙婴儿!即是说,从我们的鼻尖上或眼珠子里每时每刻都在爆炸出无数的宇宙,当然这些宇宙大爆炸的威力和速度应该比手榴弹或原子弹大不知多少个数量级,但我们看不见,摸不着,感觉不到疼痛,只有霍金的方程式可以算出来。至于爆炸所需的能量,据霍金说是在大爆炸时从真空中借来的。这种借贷在宇宙婴儿出世以后不必分期付款还债,只要在宇宙大湮灭时一次还清。这是大爆炸理论家对外行者“宇宙物质和能量在大爆炸时如何无中生有地产生出来”这样的初级问题给出的内行者的高级答案。对这种内行者的高级答案的可信性或荒谬性作出判断,应该不需要太高级的智慧。

 

            有人说物质守恒定律,能量守恒定律和电荷守恒定律是原理,是理论,是常识。违反已有的理论和常识不要紧,重要的是要符合某些实验结果。殊不知,违背了这些根本性的守恒定律,就违背了大量的实验结果。因为这些守恒定律正是无数次试验结果的理论表述。这些结果的精确性,可重复性,以及在科学所有分支中的自恰性,都是氢原子丰度测量之类的实验结果所无法比拟于万一的。违背这些守恒定律,就违背了亿万个实验结果。

 

            基本粒子理论中不也允许能量守恒定律的破坏吗?是的。但是第一,这种破坏是在无法测量的非常小的空间和时间间隔中被允许存在的;第二,这种局部而不是整体的破坏,其实是构建费曼图的需要,而费曼图只不过是帮助写传播子的辅助手段。没有费曼图,照样可以写传播子。如果我们不执著于费曼图的一些物理解释,则这种对能量守恒定律的局部违反有可能通过对费曼图给于不同解释而避免,但不致于影响到量子场论的总体结构;质言之,虚光子的困难最多否定费曼图的物理解释,而不足以否定量子场论的整个体系。而宇宙大爆炸理论对能量守恒,物质守恒和电荷守恒定律的破坏却是全局性的,总体性的,实质性的。第三,量子场论中对能量守恒定律的局部破坏并不是作为一种令人兴奋的发现来肯定,而是作为一种不愉快的副产品来接受或者容忍的。如果量子场论不需要假定虚光子的存在而得到同样的结果,人们会更加高兴。这有点像重整化。如果量子场论的演绎不需要重整化,我们应该会更加高兴。费曼图和重整化都得了诺贝尔奖。我的这些议论近乎异端。不过在科学研究上,“你可以点灯,我就可以放火”,“你可以容许虚光子,我就可以创造无穷个宇宙”的态度只会使理论离现实世界越来越远。

 

            五。基本原理的正确性和结果的唯一性是科学理论的基本要求

 

            至此,我们可以正面回答萨拉姆的观点: 物理學的榮光,不是從錯誤的基本原則出發得到(應該說是湊出)正確的結果,而是從實騐結果和正确的基本原理出發,經過严密的邏輯推理和分析,得出具有普遍意義的理論。這種理論會加深我們對可觀測現象的理解,並繼續在實驗中和工程技術中接受檢驗。许多不基本的局部理论往往在这种检验中进一步被修正,被精确化,甚至被更完善的理论所替代。只有阴阳论,星象学,炼丹术才是建立在错误的基本原理上。历史上,从错误的基本原则出发的地心说曾经统治了几千年。科学为了冲破地心说的桎梏付出了血的代价。建立在错误的基本原则上的热素说只延续了两百年,就被完全抛弃。以这个趋势推算,大爆炸理论大概可以行时几十年。科学毕竟不是未成年的孩子了。

 

            大爆炸理论学派给年轻的理论工作者树立了一个榜样,好像物理研究就是在草稿纸上玩数学。这里加一项,那儿减一项;如果还不够,就加上几维空间,或新的对称性之类。方程式一复杂,产品就多。然后从大量产品中挑出和实验结果相近的大做文章。至于和实验结果不符的或明显不自恰的,就撂下不管。就说“这个问题非常有意思”, “不可以仅凭常识理解”,“须要进一步研究”。他们对现实世界和严密的逻辑推理不太有兴趣。他们更感兴趣的是耸人听闻的假说和结论。

 

            科学理论的另一个特征是结论的唯一性。即是说,一个理论对某一现象的计算不能得出两个不同的结果,更不能得出完全相反的结果,或曰“悖论”。这在数学上叫做“解的唯一性”。还有一种“悖论”,就是理论得出的结果直接违背这一理论赖以建立的大前提。比如大爆炸理论的超光速膨胀,就直接违背了相对论的基本假定。一个理论的正确性,往往要无数个实验数据来验证,但其错误和荒谬则只要一个悖论就足以证明。这就是为什么科学理论对一些根本性的问题一定要有一个黑白分明的答案。对理论的某些具体应用,由于我们对环境的了解不太精确,或过程太复杂,因而答案可能有些模糊,不太精确。比如说,太阳中心的温度是多少?地球中心的压力有多大?下次台风什么时候登陆?托卡马克里面的等离子体密度分布函数是什么?等等。我们的理论还没法给出确切的答案。但这是一个精度问题,不是一个是非问题。这种答案的不精确性和诸如宇宙是否有穷,时间是否可以倒转,时间是实的还是虚的,时空到底是四维,还是十维或二十六维,宇宙膨胀速度可不可以超过光速几百倍甚至二十几个数量级,宇宙会发散还是会湮灭,物质,电荷和能量是否可能创生或湮灭,宇宙创生之前物质和能量是否存在等等这样的问题是本质上不同的。以应用物理问题答案的不精确性来为明显违反基本物理定律和物理事实的错误理论辩护,显然是站不住脚的。以这种逻辑为训,教育物理学生和研究人员从错误的基本原理出发,是对年轻人的严重误导。

 

           

 

 

 [50楼]  作者:周宪  发表时间: 2012/03/18 11:07 

王教授的文章没有仔细看,但是他前面部分很有道理。
相反,我对王德奎老师是失望的。我在《发明和创新》上觉得他比较有道理,可是现在觉得他尽管学识广博,判断力还是不太准确。
 [51楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2012/03/19 10:57 

创世纪的“科学版”。对很多人来说,科学不过是神学的一个分支。
 [52楼]  作者:hudemi  发表时间: 2012/03/19 19:36 

王教授是一名真正的学者!
 [53楼]  作者:王令隽  发表时间: 2012/03/21 11:46 

对【31楼】说:

 我的很多文章都登录在《华夏文库》网站中。网址是:

http://wang-lingjun.hxwk.org/

欢迎浏览批评。

 

 

 [54楼]  作者:张崇安  发表时间: 2012/03/22 06:53 

清晨浏览了王先生部分文章,感觉王先生是一位思想开阔有抱负的人。慈说以下几点:
一、我不赞成全盘西化,美国是一个没有文化而全靠物质欲生存的国家,所以美国是最大的债务国。我认为中国应该重新重视孔子“仁”的学术思想。
二、如果靠超量开采能源而发展经济,那是卖家当。应该提倡安贫乐道。
三、光波和声波完全不同。光本性是规则间隔粒子群流,因为有规则间隔,故而有了波性。声是介质波。例如机关枪发出的子弹列和声波完全不同,前者有质量和动能,后者只有能量。
四、关于毛主席对日和美说的“感激”和“送女人”的话,属于政治术语,不可全信。张作霖土匪出身,靠机智统治东北,他为了保护土地,得罪日本人,是蒋北伐战败张撤出北京回沈阳途中被日军炸死,所以蒋和日都是张学良的仇人。学良起初联蒋降服冯阎,又从蒋嚷外安内不低抗让日轻易占据东北,后来西安捉蒋送蒋整个一幼子行为,把其父留下的土地军队短短时光全盘丧失,却救活了朱毛。而抗战胜利实质上是二战中美苏同盟的立场胜利。大家都知道:日本投降是原子弹爆炸的第二天。
 [55楼]  作者:张崇安  发表时间: 2012/03/22 07:07 

对【53楼】说:
反对西化,反对物质欲,反对建立在滥伐、滥采能源换取经济发展,提倡安贫乐道,保护能源。 我不认为美国那种物质欲横流、缺乏文化底韵的生存方式就是先进的文明,不要忘了每个美国人欠每个中国人一大笔钱。中国是最大的债权国,美国是最大债务国。 我却认为中国古代天人合一的生活方式值得推荐。在处理人与人关系,当学孔子“仁”的学术,在处理人与自然关系,当学牛顿一生艰苦探索“上帝如何工作”所以,我倡议“人文尊孔,科学敬牛” 为什么中国不能有自己的文化,不能有自己的物理学?为什么开个两会,台上台下几乎青一色西装革履领带?真的西装穿上就舒服吗?

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