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解决宇宙大爆炸和暴胀学说疑难问题的一种简单可行的方式方法

已有 67 次阅读 2024-7-16 17:12 |个人分类:问题讨论|系统分类:观点评述

一、宇宙学标准模型简要回顾[引用]
       宇宙学这一学科的起源可以追溯到20世纪初。经过一个多世纪的发展,宇宙学已经从最初的宇宙静态模型,发展到了现在的宇宙学标准模型。
       标准宇宙模型是指以弗里德曼宇宙模型为基础,伽莫夫将其运用于早期宇宙的演化而形成的一种宇宙模型。它是一种结合核物理、粒子物理、相对论、量子力学知识对宇宙起源和演化的解释。是主流的宇宙模型。
       宇宙学标准模型是一个包括暗物质、暗能量和普通物质的统一框架,可以解释我们观测到的宇宙现象。
        宇宙学标准模型是建立在一系列基本概念之上的。其中最重要的概念是宇宙大爆炸理论,它认为我们的宇宙是在一场大爆炸中诞生的,而后不断膨胀。在这个框架下,暗物质、暗能量和普通物质共同作用,决定了宇宙的演化历程。
1.暗物质
        暗物质是宇宙学标准模型的一个重要组成部分,占据了宇宙总质量的大约27%。暗物质不会与光或其他电磁波相互作用,因此我们无法直接观测到它。然而,暗物质通过引力作用在宇宙的大尺度结构上留下了痕迹。
暗物质的种类
        暗物质可以分为冷暗物质、热暗物质和温暗物质三种。冷暗物质是指质量较大、速度较慢的粒子;热暗物质是指质量较小、速度较快的粒子;温暗物质则介于两者之间。目前,冷暗物质被认为是宇宙学标准模型中最可能的暗物质成分。
暗物质的作用
        暗物质对宇宙的演化起着关键作用。它通过引力作用,促使宇宙中的物质聚集,形成星系和星系团。同时,暗物质也对宇宙的大尺度结构产生重要影响,比如宇宙背景辐射的各向异性。
2.暗能量
       暗能量是宇宙学标准模型中另一个关键的组成部分,占据了宇宙总能量的大约68%。与暗物质不同,暗能量对物质的作用是斥力,它导致宇宙的膨胀速度在加速。
暗能量的性质
        暗能量的性质至今仍然是一个谜。有些学者认为它是真空能,即宇宙中空间的固有能量;另一些学者则认为它是一种具有负压的未知物质。
暗能量的影响
        暗能量影响着宇宙的膨胀速度、星系的形成和演化以及宇宙的大尺度结构。越来越多的观测数据显示,宇宙的膨胀速度正在加速,这被认为是暗能量的直接证据(这样的叙述是把认识过程弄反了,实际是观测试图发现宇宙在引力作用下减速膨胀情况,发现宇宙呈加速膨胀状态,从而被迫假设存在奇特的暗能量)。
3.宇宙学标准模型的观测和验证
        为了验证宇宙学标准模型,科学家们进行了大量的观测和实验。以下是其中的一些重要观测方法。
宇宙背景辐射
        宇宙背景辐射是宇宙早期遗留下来的微波辐射,可以提供关于宇宙早期条件的重要信息。通过对宇宙背景辐射的精确测量,科学家们得以验证宇宙学标准模型的各种预测,如暗物质和暗能量的分布。
大尺度结构
       大尺度结构是指宇宙中分布广泛的星系和星系团。通过观测这些结构,科学家们可以了解宇宙的演化历程,以及暗物质和暗能量的作用。
超新星
        超新星是一种特殊类型的恒星爆炸,其亮度极高,可以观测到宇宙边缘。通过研究超新星的光谱和光度距离关系,科学家们发现宇宙的膨胀速度在加速,这为暗能量的存在提供了有力证据(这种迎合主流而遮掩问题的叙述实在不妥,也无必要,还是实事求是地讲比较好。实际上,首先是原有理论与观测不符,遭遇了危机,而被迫假设存在暗能量来挽救!其结果只能是若真有暗能量尚可说的过去,若没有暗能量,就得否定理论或修改理论,现在还两说呢,还根本算不上是暗能量存在的强有力的证据。当然为组建团队申请研究经费造舆论可另说)。
4.宇宙学标准模型的挑战与前景
模型的不足之处
        尽管宇宙学标准模型在很多方面取得了成功,但它仍然存在一些问题。比如暗物质和暗能量的本质尚未揭示,以及模型在某些观测数据上的拟合不足等。
新的理论和观测进展
        为了解决宇宙学标准模型的不足之处,科学家们正在积极开展新的理论和观测研究。比如改进宇宙学标准模型的理论框架,寻找暗物质和暗能量的直接证据,以及利用更精确的观测手段对宇宙的演化进行更深入的研究。
未来的研究方向
       未来,宇宙学研究将继续深入探索宇宙学标准模型的挑战和问题。一些可能的研究方向包括:探索暗物质和暗能量的本质,研究宇宙的起源和命运,以及寻找宇宙中可能存在的新物理现象。
结论
        宇宙学标准模型作为一个描述宇宙演化的统一框架,为我们理解宇宙的起源和演化提供了宝贵的知识。但是模型仍存在一些严重不足之处,需要引起足够的重视。

二、宇宙大爆炸学说存在的基本问题
1、宇宙膨胀倒推回缩至奇点问题
         从宇宙膨胀的角度考虑,能够想到倒推过去,宇宙过去越来越小,处于高温高压高密状态。但是这种倒推首先得看宇宙尺度是线性膨胀还是非线性膨胀。如果是非线性膨胀,虽然也能推得宇宙空间过去越来越小,但时间过程是无限的,宇宙空间尺度永远到不了没有大小的奇点。
2.、宇宙膨胀动力来源问题
         把哈勃定律解释为空间膨胀,为给空间膨胀提供某种动力,联想到大爆炸作为动力源,但又不能是炸药爆炸情景,便叙述为空间各点都在向四周膨胀。在连空间的物质构成是什么都不清楚的情况下,空间膨胀竟能推动相互吸引的星系之间相互退移而作功,实属想象和猜想,以便用数学描述。为了解决宇宙大爆炸所带来的一些疑难问题,凭想象提出了远超光速空间暴胀,对于如何启动暴胀?如何减缓停下来?都没法说清楚,但却赋予了暴胀有比神话中诸神的功能和威力还强大的神推启动力和自制减缓力!
3.、宇宙大爆炸学说带来的问题
1).地心说问题
       无论哈勃定律是严格线性还是非线性,相对地球各项同性的宇宙速度分布,都不可避免坠入地心说。
2).平坦性问题、视界问题、磁单极子等疑难
       宇宙微波背景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——平坦性疑难等。这本是光速极限原理带来的问题。古斯却采用远远超光速的暴胀来解决类似问题,这岂不是逻辑背理? 对此,马丁·里斯说:“对于怀疑奇异物理学的人来说,一个用来解释假想粒子不存在的理论性原因可能并没有多么了不起。用来预防不存在的疾病的药物当然是百分之百有效的!”
        尽管从1980年由阿兰·古斯提出暴涨理论起,该理论已经被科学界广泛接受(因为几十年也好像找不到其它可行的一举解决宇宙大爆炸带来各种疑难的其它办法了)。但是仍然有许多物理学家、数学家以及哲学家表达出反对的声音,认为暴涨理论缺乏实践检验和经验支撑。1999年,哲学家约翰·厄尔曼(John Earman)和赫苏斯·莫斯德林(Jesús Mosterín)发表了一篇批判暴胀宇宙学的论文,指出”我们认为暂且没有充分的理由把任何暴胀模型纳入到宇宙学的标准核心当中”。
        罗杰·潘洛斯(Roger Penrose)从1986年开始提出的,暴涨需要极度特定的初始条件,因此该理论并不能自身所需的初始条件问题。换言之,初始条件的“微调”问题不但不能解决,甚至还会因为暴涨变得更加严重。
        另一项针对暴涨理论的批判,是暴胀所需的暴胀场并不对应于任何已知的场,且势能曲线似乎可以与几乎任何的观测数据相吻合,即缺乏可证性。该批评正式来自暴涨理论创始人之一的保罗·斯泰恩哈特。
3).宇宙加速膨胀问题 
     被迫引入奇特暗能量假设,但至今没有观测到。
4).星系旋转曲线疑难问题
      引入奇特暗物质假设,但至今没有观测到。
5).量子理论计算与观测宇宙真空能量相差120个数量级问题
        这是科学界公认的物理学有史以来最差劲的预测,暴露出现今物理理论存在着某种根本性问题。
6).奇点与时空存在性问题
        按宇宙大爆炸学说,宇宙在大爆炸开始前,连时间和空间都不存在。而奇点也只能是数学上的东西。充分说明,在宇宙学中最重要的引力作用,在引力机制不清楚、时空物质性不清楚的情况下,是难免不出现各种各样问题的。

7).宇宙膨胀普遍性问题

       宇宙大爆炸学说基于广义相对论推得的弗里德曼方程得到的宇宙膨胀,不适宜描述星系自身和小于星系的物质系统空间变化。通常认为星系自身和天体自身引力很大,是不随宇宙膨胀而膨胀的。这就引出一个问题,即宇宙初始大爆炸后所膨胀开的空间尺度,能否容下这些体积未曾发生膨胀一直像今天这么大尺度的星系总和问题。
8).宇宙学理论基础问题
       从广义相对论出发,得到的弗里德曼方程是以宇宙学原理为前提的。然而如今观测发现,宇宙大尺度均匀各项同性的宇宙学原理与宇宙大尺度分布不符。
9).韦伯望远镜最新观测发现的问题
       韦伯太空望远镜观测到在最遥远星空的距离,接近宇宙大爆炸起始时间,竟然发现有类似银河系这样形成一百多亿年的成熟星系存在和超大质量黑洞存在,这让大爆炸学说又遭遇到重大难题。

三、从根本上解决问题的一种可行方法
        对宇宙大爆炸膨胀学说的以上这些问题,可以用黑格尔的一句话来点破。
        黑格尔说:“思想越混乱,显得越深奥;主要的是,正好是把那最根本、然而最困难的一点——即用明确的概念的表达——省略掉了。”
       牛顿认为“自然界喜欢简单和统一。虚假的事物可以随意想象,唯有真实的事物才能被理解。”
        对于牛顿所说的“自然界喜欢简单和统一",很多对物理学长期感兴趣和钻研物理学的人,在潜移默化的感受上,都适应了物理学采用的数学越高深越复杂,才觉得越深入到物理学的核心奥秘。一旦有人拿出简单易懂的方式方法,解决一系列问题,反倒一时不适应了。其实,牛顿和爱因斯坦的伟大之处,是他们领悟到自然的核心本质一定是简单统一的。牛顿的运动定律,想必每个人都感受至深。而爱因斯坦解决布朗运动论证分子原子的存在、解决光电效应,都是采用极其简单的方式。直到狭义与广义相对论,其前提也是极其简单的。当在狭义相对论中,闵可夫斯基弄出个四维时空,爱因斯坦当初那几年是不赞成的,说都不认识自己原来的狭义相对论了!广义相对论是当时没有办法表述,而被推向黎曼空间,看起来的确有些复杂化了。甚至到了超弦理论把理论搞的极其复杂,后来又形成多个版本,几乎很难再与现实物理世界有对应。大爆炸宇宙学也是每遇到一个理论危机,就当成一个理论发现,反正有多个参数可以人为事后调整,通通来者不拒。
        实际上,狭义与广义相对论都可以用我们给出的空间本底量子辐射,自然地给出了光速极限和引力质量与惯性质量本是一体,在相对运动中观测中,表现为时空偏转而非常简单的一并解决,其理论核心用一张A4纸就足够表述清楚了,且没有任何原来理论的疑难之处。希望都珍惜时光吧,我也是在此耗费二十多年,耽误了许多其它事情,终于想到三个理想实验,不再对原来的相对论尤其是狭义相对论继续深入探讨了。
        在宇宙膨胀理论中,就是通过物质粒子辐射空间本底量子新概念及质量时变关系(既可以通过理论分析得到,也可以通过现有理论推导和实验观测结合得到。符合功能关系、动量定理、动量守恒定律、能量守恒定律),自然地给出牛顿万有引力机制,推得万有引力公式和哈勃定律,自然的给出宇宙空间尺度随时间的变化关系(该结果与德西特把爱因斯坦广义相对论引入的宇宙学常数视为宇宙主要存在而得到的德西特时空完全一致,与弗里德曼以宇宙学原理为前提,现在把广义相对论加进在宇宙中起主导作用的暗能量,而得到的宇宙尺度因子随时间的变化完全一致),从而简单自然地解决宇宙膨胀及加速膨胀和星系旋转曲线疑难,承认宇宙在遥远过去存在高温高密高压状态,但避免了宇宙大爆炸学说和暴胀论所带来的种种疑难问题。
        物质粒子辐射空间本底量子新概念,还能系统推得爱因斯坦——德布罗意关系、薛定谔方程,并揭示薛定谔方程隐含的相互作用过程、波速和通用波动方程形式、粒子局域性和物质波(伴生波)非局域性共存及其内在决定论与外在非决定论因果律,推得牛顿第二定律、牛顿万有引力定律、哈勃定律以及普朗克长度等,给出了质量与时空的物理关系,给出了时间之矢的物质根基和空间本底的量子构成,使牛顿经典力学与量子力学和相对论及宇宙膨胀学说密切联系起来,并提出50多项预测,现已有一部分与后来高精度观测结果相符。其中1996年,推测宇宙加速膨胀,并给出宇宙膨胀和加速膨胀的缘由及相关公式。所推测的将观测到最遥远星空有类似银河系一样成熟的星系和大质量黑洞,目前韦伯太空望远镜观测已有所发现。

        总之,可以把我们提出的宇宙膨胀学说与宇宙大爆炸和暴胀理论做一原则区分和观测检验判定,如果实际观测发现处于相对平稳下的星系,如银河系,以及太阳系、地月系统和地球自身都确实满足我们给出的物质系统空间尺度随时间的变化关系,同样符合哈勃定律,则宇宙大爆炸连同暴胀理论应该到时算是完成了它们一段有意义有价值的历史使命了。物质粒子辐射空间本底量子新概念及质量时变关系将得以确立。届时,所揭示的粒子波动性物理机制、时间之矢的物质根基和空间本底的量子构成、引力机制与惯性起源,以及解决宇宙膨胀及加速膨胀和星系旋转曲线疑难等,也都将逐渐得以确认。



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