五、宇宙无限论的再生.doc

五、宇宙无限论的再生李晓卿:“一定能揭示红移现象所蕴含着极为丰富的物理内容,使我们认识达到一次飞跃。”  ,沈小峰:“红移争论”是近代天体物理学中最热门的讨论课题之一。 《自然辩证法通讯》,无法确定整个宇宙的运动状态,可是大爆炸理论却认为这个宇宙处于膨胀阶段。能量守恒定律认为能量是不可创造,质量守恒定律认为质量是不可创造,大爆炸理论认为能量、物质(质量)、空间、时间已经被一个无限小的点爆炸创造,并且是在四大皆空发生的。宇宙学观测表明宇宙是膨胀着的。通过对微波背景辐射和宇宙大尺度结构等的观测,宇宙的历史可以追溯到极早期发生的大爆炸。我们所知的基本物理,比如广义相对论和粒子物理标准模型,在那里都不适用。为理解宇宙起源,需要了解大爆炸时期的基本物理。首先、大爆炸是广义相对论结合某些物态假设和宇宙学原理下的解,怎么可以接受这种奇性解而反过来否定其基本前提的?因为如果这种极端情况下广义相对论和粒子模型失效,那这个解就更不可信的了。第二、大爆炸只是动力学方程的解,什么背景辐射、大尺度结构、核合成、氦丰度等根本与这个奇点无任何必然联系,因为所有这些结果都可由任何初期小而热的宇宙模型平行地解释。这些怎么就成了对大爆炸理论的验证呢?第三、物态方程对具体宇宙模型具有决定性影响,但宇宙中物质形态几乎是无限的丰富,而我们关于物质形态的知识是很有限的,怎么可以根据一个作了无限简化的并且被观察否定了的正能量条件,来否定广义相对论呢? 正确的思维方式应是一个未被实验明确证否的基本原理是不可随便怀疑和修改的,怀疑一个基本原理的必要条件是要么明确与试验冲突,要么几条基本原理之间有逻辑矛盾。像对待大爆炸、黑洞之类的反常解,首先想到的应是怀疑辅助假设的有效性,而不是急急忙忙地否定基本原理。(一)宇宙论中时间箭头的争论霍金写到:“迄今,大部分科学家太忙于发展描述宇宙为何物的理论,以至于没工夫去过问为什么的问题。另一方面,以寻根究底为己任的哲学家不能跟得上科学理论的进步。”一种观点认为,宇宙学时间箭头是由相对论时间对称场方程加初始条件产生的,宇宙空间的膨胀使得电磁扩散波相对于电磁收缩波占了上风,即滞后波远多于超前波,这就形成了电磁学时间箭头,从热力学时间箭头派生出信息论和生物学的时间箭头。在涉及到熵的增加时,多数物理学家认为,初始火球在刚开始时实际上是处于热平衡,但是那个时刻的宇宙非常微小。火球所代表的是那一微小尺度的宇宙所能允许的最大熵的状态,但是这种允许的熵和在今天宇宙尺度下能允许的熵相比较是微不足道的。随着宇宙膨胀,可允许的最大熵随着宇宙尺度增加,但是宇宙中的实际的熵远远落在允许的最大值后面。由于实际的熵总是拼命去追赶允许的最大值,所以产生了第二定律。彭罗斯认为,这不可能是对热力学第二定律的正确解释。如果真是如此,在一个最终塌缩到大挤压的空间闭合的宇宙模型中,该论证在时间的颠倒方向上最终又能适用。适合于膨胀宇宙极早期并给予了我们低熵的同一限制应该又能适用于收缩宇宙的最后阶段。“时间开端”处的熵限制给出了热力学第二定律。如果把同一低熵的限制应用于时间的终结处,则我们应该在那里发现和热力学第二定律的严重冲突。彭罗斯指出,我们有充分的理由怀疑在塌缩的宇宙中会有这种熵的反转。其中最有力的原因是黑洞相当于一个塌缩宇宙的微观模型;如果宇宙塌缩时熵要反转,那么在一个黑洞附近必须能观察到第二定律的严重违反。然而,黑洞热力学与量子效应的研究都使人相信第二定律强有力地支配着黑洞。霍金认为宇宙起源于一个光滑和有序的状态,这是一个非常特殊而又自然的初始边界条件。彭罗斯认为,宇宙的初始奇点与终极奇点是不对称的,初始奇点(大爆炸)的魏尔曲率必须为零,而终结奇性的魏尔曲率会发散,在一个开放宇宙中所产生的黑洞也具有发散的魏尔张量。在彭罗斯看来,初始奇点是非常特殊的,为了产生一个和我们生活其中的相类似的宇宙,造物主必须瞄准可能宇宙的相空间中的不可思议的小体积——在所考虑的情况下大约为总体积的1/1010(123)。彭罗斯已经把宇宙的开端归结为奇迹。从普赖斯提出的超时间观点看,宇宙的熵增过程的确应当象彭罗斯那样理解为为什么宇宙开端的熵那么低,而宇宙开端熵很低的问题又等价于我们是否能够重新形成低熵的未来。彭罗斯的想法看来已经给出了时间箭头的正确条件。还有一个问题没有解决:为什么不从大塌缩开始向大爆炸走呢?这就是根据超时间观点提出的问题。彭罗斯用粗粒化方法计算熵,这里面包含着主观主义的各种问题。他承认不同的粗粒化会给出不同的结果,但他认为这在实际上不会造成很大差别,因为在开始和结束时刻所涉及的这两个熵值是由“天壤之别”的。实际上,对于熵的计算,我们不一定采用统计力学中的粗粒化方法,直接根据热量变化和温度的关系就可以计算,按照彭罗斯的设