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也談宇宙學
送交者: tutor 2003年07月14日18:01:41 於 [教育學術] 發送悄悄話

本人是理論物理專業的,對宇宙學略知一二.
這兩天看到有關宇宙學的討論,看到有關大爆炸宇宙學
的討論,想來發表一些見解。

八十年代以前的宇宙學被稱為standard cosmology, 是
很成功的理論. 它是基於Einstein 廣義相對論的一個
解, 因此無從說是和廣義相對論矛盾.它和許多試驗
觀測吻合. standard cosmology 也可稱為big-bang 因為
時空起源於奇點然後不斷膨脹。 這裡, 通常有一個誤解
就是把big-bang理解為一定是有邊界的膨脹。實際上膨脹
是沒有邊界的而且是每個地方都在膨脹。
standard cosmology 本身也有一些理論上的不足. 因此在八
十年代 Guth 和 Linde 提出了暴漲(inflation), 解決
了其中的困難。因此現在的宇宙學是:standard cosmology+
inflation, 讓我們把這叫做標準模型。

最近發現的這顆最老的行星, 離我們有5,600光年。 之
所以奇特, 是因為它所在的"太陽系" 非常古老, 因此沒有
重的元素. 大多數天文學家不期待在這樣的地方發現行星,
因此另人吃驚.因此要改變的是有關行星的理論,而和
big-bang 沒有什麽關係.

我不期望所有人都相信標準模型, 但我須指出 方舟の女
對big-bang的描述中容易使人產生誤解的地方,
以免使大家因對宇宙大爆炸學說的誤解而不相信它.
(引號內為方舟の女 原話)

"宇宙大爆炸學說,是在根本上和愛因斯坦的相對論不兼容的,不但和
廣義相對論不兼容,和狹義相對論也不兼容。宇宙大爆炸學說要求要
有一個宇宙起源的奇點,時間和空間都從這個奇點開始。這個奇點的
存在本身,就是對相對論相對性原理的挑戰。因為既然有了這個奇點,
那麼我們就可以用這個奇點為原點,建立起一個宇宙的絕對時空。但
相對性原理里,時空都是相對性的,它不允許有絕對時空的存在。"

宇宙大爆炸學說中的"奇點", 首先不能理解為空間上的一點,因為
爆炸一直都充斥着整個無界的空間,每個空間的點都是平等的。相對論
說各個參考系是平等的,指的是物理定律的平等,但不排斥用某些
參考系來描述物理現象可能是方便的。好比測量兩個城市間的距離,
當然是用地球參考系方便,而不是一切都以太陽為坐標。因此用此
奇點作為“參照“是方便的, 但物理定律在此參照系並不特殊.

"這些統統是錯誤的,是以訛傳訛的結果。該到了正本清源的時候了!
近兩年的天文觀測,最終給出了平坦宇宙的結論,給愛因斯坦的
宇宙常數最終蓋棺定論:這個常數等於零,也即它是不存在,也不
不要的。幾十年來學者們圍繞這個所謂宇宙常數所做的各種猜測,
研究,計算,統統是浪費時間的無用功。"

天文觀測是給出了平坦宇宙的結論,這就是
說曲率幾乎為零, 卻不是宇宙常數。天文觀測給出了宇宙常數不為
零的結果, 而且是宇宙當今的主要組成。 至於宇宙常數究竟是
如何解釋,是現在最為困擾物理學家的問題之一。 

  
"因為電子看來是最簡單的僅僅包含電荷和能量,沒有別的物理特性,
也不參加任何非長程作用的粒子。那麼為什麼引力結構常數要取它
的兩次方,而電磁精細結構常數要取三次方呢?這個是因為引力的
是由質量引起的,引力的本質特性是一個三維空間裡的力。而傳播
電磁力的本質特徵則是四維時空的。電磁作用靠光子傳播,光子是
必須要以光速在四維時空裡傳播,沒有辦法讓它停下來的。所以,
電磁作用的特性是四維的而非三維的。"

電子的物理特徵還有自旋.引力的本質特性不是三維而是四維.牛頓
的引力是三維的,因此兩點之間的引力是瞬時建立的. 但Einstein
的引力是關於四維時空的, 因此引力的傳播也需要時間, 而不能
瞬時作用。 引力傳播的速度也是光速。

"如果大家無法理解本女上面這段話的道理,不明白為什麼宇宙起點的
存在破壞了相對性原理。那麼本女換一個通俗的說法吧。假如在宇宙
大爆炸的瞬間,有一個人乘飛船以極度接近光速的速度,向遠處飛行,
在過了一百四十億年之後,我們看到那個人在現在這個宇宙的近邊緣
之處。因為相對論的原因,一百四十億年的時間,在接近光速飛行的
人看來,只是一秒鐘不到的時間。可是在一秒鐘不到的時間裡,那人
一回頭,卻看到宇宙已經膨脹成為半徑一百四十光年的巨大宇宙。
這個是絕對不可能的! "

這裡有很多模稜兩可的話:
"向遠處飛行"? "這個宇宙"?"近邊緣"?"一回頭"?  
這兩個人所看到的宇宙會有一定差別。 但無論是誰, 推算的宇宙
年齡都是一樣的。 對於那個“向遠處飛行“的人, 儘管他的表
相對於我們的慢了, 但宇宙的演化, 在他眼裡也相應的慢了, 所以
他的世界和我們的沒有太大不同。 但無論如何, 沒有具體的定義和
計算, 這些討論都沒什莫太大意義, 不可能很精確, 也不能
作為判斷是非的標準。


討論物理要以可觀測量為基礎. 無論是時間還是距離, 都要落實到
觀測上. 尤其是對膨脹的宇宙, 距離的定義比較微妙, 非一言兩語
所能說清. 在討論"思想試驗" 時, 也要說清時間和距離的定義. 否
則討論來討論去, 都只是空中樓閣罷了, 不會有什莫結果. 因此對
方舟の女所設想的試驗也很難評論.

總之,standard cosmology+inflation 是一個很好的理論。可能
方舟の女的廣義信息論也是好理論。 判斷好壞有很多標準, 讓
我列舉幾條:
1.當然首先是與實驗相符
2.基本假設越少越好。
3。能解釋的現象越多越好。
4。能否提出新的可被檢測的實驗?

standard cosmology+inflation 符合上述標準,因此是個好理論。



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