博文
无比广阔的时空
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对于宇宙空间的探究，并非是什么新话题，或许自人类诞生伊始，我们祖先便有仰望苍穹的人，这第一人具体是谁，现在显然无从考证——我们对人类的早期记忆是如此模糊，更不用说对于无比广阔的宇宙了。
关于宇宙，从天文学到宇宙学，研究的“概念”发生了根本性转变，而“对象”却依然十分不清晰。看了国家天文台陈学雷和郑怡嘉两位研究员的系列文章，对“宇宙学”的概念大体上有了些认知，这些“碎片”累积起来，即促动了我写作此文的欲望。
“民科”的自我解说
我的所学原本与宇宙学无关，即使天体物理学所知也甚少，只不过对此类问题比较感兴趣，如宇宙是怎样形成的、它究竟有没有边际、到底其中还有哪些未知的秘密、宇宙的未来又是怎样的，等等，大抵是闲来无事的遐想。
陈学雷先生说，“民科”不能按字面理解为“来自民间的科学家”，科学家就是科学家，无所谓是否来自民间。这说法自然有一定道理，但事实上学术权威们往往戴着“官科”的大帽子，你又不能太小觑了他们。
学雷先生进而补充说，按他自己的理解，民科是指的一类特定的人，这些人并不懂相关的科学理论，却整天根据自己的错误理解和一些漏洞百出的半瓶醋理论想着推翻或者批判相对论、量子力学、热力学定律、大爆炸宇宙学等重大科学理论。他说的这类人看起来也的确狂妄，而我本人则不完全在此列，因为我尚未有推翻或批判“重大科学理论”的准备——不是没有这样的想法，实在是没有如此的实力。
那么，我对民科又是如何理解的呢？我以为，所谓民科应该指的是身在民间的科学研究者或爱好者，我自己则完完全全属于后者，也并非“特定的人”。
台上台下的宇宙学
郑怡嘉先生《新牛顿宇宙：前言》说，他退休了，没有任何压力，可以自由探索想探索的任何科学问题，也理解那些还没退休人员和其他有关人员所面临的各种压力。这“各种压力”之一，照“解析宇宙学的创始人”周坚先生的说法，中国专家只有迎合外国专家的认同才能生存。
关于周坚先生其人，据说是柳州某机器制造公司的工程师，自称“用代数方法解释宇宙的开拓者”。他在“周坚红移定律”的应用过程中，获得了完整的描述宇宙的解析图和方程组，甚至发明了宇宙测量尺、宇宙仪和宇宙空间展示仪，形成了一整套宇宙认识体系——这或许就是学雷先生定义的“民科”吧。
尽管我十分赞同周坚先生关于“宇宙其实很简单，只是我们人类自己把它弄复杂了”这一说法，然而尚且知道研究和探索宇宙的过程并不简单，仅“代数方法”便能使“重大科学问题”迎刃而解，到底有点“哥德巴赫猜想”了，而周坚先生是否就是当下的陈景润，我确凿还无从知晓。
怡嘉先生退休了，周坚先生又身在民间，唯有学雷先生尚在国家天文台从事宇宙学研究，他的博文《无限时空：谈谈宇宙学的科普和一些常见的误解》开篇云：上下四方曰宇，古往今来曰宙。
两种宇宙学的碰撞
怡嘉先生和学雷先生同在国家天文台搞研究，一老一少，各有各的主张，前者力为牛顿宇宙学翻案，后者力主普及大爆炸宇宙学。
概括起来，二者争议的理论基点是：牛顿经典力学和爱因斯坦广义相对论。按学雷先生的说法，“牛顿宇宙”本身存在一些内在的困难，这一点人们很早就意识到了。比如著名的奥伯斯佯谬（Olbers paradox）：如果宇宙是无限而永恒的，且其中均匀分布着恒星，那么我们朝任何方向望去都有无限颗恒星，虽然远处的恒星的光传到我们这里也会有所减弱，但总的效果是夜空将不是黑暗的而是无限亮的。这与事实显然不符合，所以这种宇宙图象不可能是完全正确的。奥伯斯本人认为，星光被分布在宇宙中的物质所吸收。不过如果真是如此，这些物质本身也会被加热并发光，因而夜空虽然不是无限亮，但也应是亮如白昼的。
学雷先生进一步论证说，如果恒星不是一直存在，而是只存在了有限长的时间，那么这个佯谬可以解决——这是为什么在现代宇宙学（即大爆炸宇宙学）里不存在奥伯斯佯谬的根本原因，因为根据现代宇宙学理论，第一代恒星是在宇宙大爆炸之后，距今一百三十多亿年前才开始逐渐形成的，大部分恒星的形成还要晚得多。在现代宇宙学里，还有另一个因素也有利于这个问题的解决，那就是由于宇宙的膨胀，恒星发出的光被红移了，这也减弱了星光。实际上夜空中还是有星光背景的，特别是在红外波段夜空不完全是黑的。
我之所以引用学雷先生这大段文字，是想借此让读者能比较形象地理解两种宇宙学。爱因斯坦建立广义相对论后，提出的第一个宇宙学模型：有限无边的静态宇宙。在广义相对论中，空间和时间是一个整体，在充满物质的宇宙中这个四维时空是弯曲的，弯曲的程度（四维时空曲率）由其中的物质决定。但因为物质间万有引力的缘故，爱因斯坦无法让这个宇宙保持静止，物质产生的引力会使它们彼此落向对方。在此，我赞同学雷先生的观点，不能将爱因斯坦模型与大爆炸宇宙模型混为一谈。
那么，什么是宇宙大爆炸理论呢？学雷先生说就是宇宙曾经历过一个温度、密度都非常高的阶段，随后随着宇宙的膨胀，温度、密度都会降低，这一过程有点类似炸弹爆炸，但与普通爆炸还是有很大区别的：在普通爆炸中，炸弹集中在空间中的一点上，爆炸后弹片四散飞入周围的空间；在宇宙大爆炸中，是整个空间在膨胀，而不是物质从一点飞向周围。按照大爆炸理论测算，我们今天宇宙的年龄大约是137±2 亿年。而在很长一段时间内，天文学家通过各种观测认为，宇宙可能是双曲的，双曲空间是无限的。
对于“牛顿宇宙学”，学雷先生认为早应“摒弃”，怡嘉先生显然不赞成。他说主张大爆炸宇宙学的学者认为，如果爱因斯坦广义相对论的时空观是正确的，则牛顿经典力学的时空观就是错误的。他引用北京大学俞允强教授《广义相对论引论》一书说明，在实际宇宙环境中，在绝大部分区域，四维时空是平坦的。爱因斯坦广义相对论的引力方程可以回归牛顿引力方程。因此，在宇宙尺度上，爱因斯坦广义相对论和牛顿经典力学是相容的。爱因斯坦广义相对论在微观物理研究中所取得的成功不能简单地用来否定牛顿的宇宙观。
怡嘉先生进而解释说，主张“标准宇宙学模型”的学者认为，牛顿引力理论无法进行宇宙学研究，其中一个理由就是所谓“牛顿引力势发散”问题。而之所以会出现所谓“牛顿引力理论失效”问题，完全是因为在“标准宇宙学模型”中，假设了“宇宙学原理”。所谓“宇宙学原理”假设了宇宙物质是均匀地充满了宇宙的全部空间，而这个假设完全是爱因斯坦为了方便凭空提出来的。在实际宇宙中，宇宙物质的分布是存在有层次结构，俞允强教授《热大爆炸宇宙学》一书第一章第二节讨论的即宇宙“层次性结构”。因此，所谓“牛顿引力理论完全失效”和 “牛顿引力势发散”问题在实际宇宙中根本不存在，完全是“宇宙学原理”这个假设自己招来的麻烦。
我的现代宇宙观
读了怡嘉先生和学雷先生的系列文章，我大体对宇宙有了新的认知，虽然这认知还是建立在“一知半解”之上，然而较自己之前确是大大的进步了。
学雷先生说，弗里德曼(Friedmann)研究了没有宇宙学常数而只有物质的宇宙模型，结果宇宙依然是“无限时空”，这与怡嘉先生主张的《新牛顿宇宙》仿佛并无二异。其实，前者描述的是“双曲、无限”，后者说的是“平直、无限”，大抵是不尽相同的。
学雷先生关于宇宙学科普的一些思考，一再强调“大爆炸宇宙学”已“铁板定钉”，完全能够解释人类有关宇宙的基本疑惑了。怡嘉先生不以为然，坚持所谓“新牛顿宇宙学”。旁观者由此看来，宇宙学的研究仍然是有争议的，尽管“大爆炸宇宙学”时下正大行其道。或许正如学雷先生所言，“牛顿宇宙”很“顽强”，大量天文观测和理论论证都不能让其完全退却。其实，亦如人类的认知一样，事物总有它的两面性（甚至多面性），对于宇宙这一人类连其冰川一角尚未见到的观测物，多角度多方式多方法的解析是再正常不过的了。
爱因斯坦起先认为宇宙是静态的，这显然不符合客观事实。然而，宇宙如果是平直的、无限的，那它的膨胀又是如何去界定呢？即使无限，无限的依据又在哪儿？依照大爆炸理论，我以为爱因斯坦的“有限无边”倒值得商榷，有限空间，无限时间，膨胀与收缩周而复始——当然，我的猜想是没有得到科学验证的。不过，用“无比广阔”来界定宇宙，或许比“无限”更接近于今天宇宙的现实吧。
我看到，无比广阔的时空，因为有我们人类的不懈探索，正渐渐褪去神秘的面纱，露出蒙娜丽莎般的微笑……
小题大做的几个话题
科学研究很多人如我一样，都是“门外汉”，但我们也并非没有自己的想法，这些想法在学雷先生看来便是“民科”的典型特征之一。
其实，人类科学的发展大都始于“想”，而当初的“想”在世人看来也多是“胡思乱想”，譬如原始神话、痴人说梦等，一些在今天都已经变成了现实。没有想像就没有科学，更不会有人类的所谓文明了。所以我建议科研专业人士，有时也多听听“民科”的“奇思异想”，或许对开阔思维大有裨益呢！
怀特黑德说：“畏惧错误就是毁灭进步。”要辨证地看待一些错误的想法，特别是搞科学研究的人，不能“一言以蔽之”，说是什么就是什么。要有开阔的眼界，更要有开阔的胸怀，爱因斯坦晚年时不都承认自己引用宇宙学常数是一生犯的最大错误吗？
鉴于一般性思维，身为民科的我，关于宇宙学有几点想法同科研专业人士商榷：
一、宇宙学研究的模式应呈开放式，允许更多的人积极参与进来，专业或非专业，官科和民科都可，因为这毕竟是全人类都在关注的一个问题。当然，不是说一哄而上，到集贸市场买菜。
二、宇宙学研究的思维应求多角度，套用其他民科的话说，有时也不要仅仅站在地球上看，要能够在一定程度上超越人类现有思维模式去思考，或许变换了视角眼前便会豁然一亮。当然，这也是建立在严密而大胆的科学求索上。
三、宇宙学研究的论述应呈多样式，无论“大爆炸理论”还是“牛顿宇宙”，其实都是人类探求宇宙学的一种方法，每一种方法均有其优劣，取长补短才有利于如宇宙学这么庞大而系统问题的解决。当然，有些显然已成为谬论的应摒弃，不能因为个人功利而抱残守缺。
四、宇宙学研究的道路应求开阔性，不只是将天体物理、高等数学等学科纳入进来，更要有多学科的广泛参与，包括似乎与此毫不相干的学科，譬如哲学、心理学等。人类任何一门科学知识，都是我们探索并解开迷惑的一把钥匙。当然，不是说拿着一大把钥匙去乱开锁，盲目地套用或者移植。
最后，我谈一点对科研专业人士的想法，你们与我们民科研究有所不同，不要总是套用某某权威的理论来论证自己的观点，要有自己真实的理解和见解，哪怕在权威们看来是错误甚至狂妄的，因为科学研究不需要人云亦云。
关于宇宙最终通透地被人类认知，还需要非常非常漫长的路程，所以任何宇宙学说都不能成其为“盖棺定论”，建立在基本原理上对宇宙的探索，或许原本就没有穷尽，包括人类对世界的认知，还远远没有到达终极。
所以，我们大家都要有足够的耐心，去揣摩，去观测，去计算，去研究，去思考，去努力地学习。
2010年3月2日
https://wap.sciencenet.cn/blog-448631-396147.html
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