宇宙大爆炸理論的困難--完全違反相對性原理

根據哈勃定律，宇宙中的所有物體都各向同性地離開地球往外飛，似乎意味着地球是宇宙的中心。這是誰都無法接受的中世紀的地心說，是完全違反相對性原理的。但是，有的理論家辯解說，如果哈勃定律是嚴格線性的，即使地球不在宇宙的中心，對於地球上的觀察者來說，宇宙中的所有物體都會看上去好像各向同性地離開地球往外飛。因此，宇宙大爆炸理論不墜入中世紀的地心說的唯一希望在於哈勃定律的嚴格線性。換言之，如果哈勃定律被證明是非線性的，則宇宙大爆炸理論就不可能成立。大爆炸理論家們把這種線性爆炸宇宙模型稱為葡萄乾布丁模型 (raisin pudding model) 或氣球模型(balloon model)。當布丁被蒸而均勻線性膨脹時，相對於任何一個葡萄乾所有別的葡萄乾都各向同性地線性地離開它往外膨脹。

哈勃定律的嚴格線性恰恰遭到了實驗的嚴重挑戰。美國麻省理工學院的施格爾 (I.E. Segal) 和國防分析研究院的尼柯爾 (J.F. Nicoll) 在1992 年 12 月的自然科學院會報第 89 期天文學上 (Proc. Natl. Acad. Sci. USA, Vol. 89, pp. 11669-11672, December 1992, Astronomy) 發表了他們的實驗研究結果，證明了哈勃定律的非線性。施格爾和尼柯爾用多種統計方法對紅外線天文衛星（IRAS）的 2000 多組數據進行了嚴格而系統的分析。結果證明宇宙紅移和距離的平方成正比，而不是和距離的一次方或三次方成正比。而此前的教科書上引用的線性哈勃定律是基於從阿貝爾目錄中篩選出的116 組數據得到的。篩選的標準便是要符合有待證明的線性哈勃定律。

其實，即使哈勃定律的嚴格線性沒有遭到實驗的挑戰，也不能逃避地心說。所謂的葡萄乾布丁模型依據的是經典力學中坐標和速度的線性變換，可是宇宙大爆炸理論是建立在相對論力學上的。在相對論中速度的變換是非線性的。因此， 速度的分布不可能在不同的參照系中同時各向同性。如果速度分布在地球坐標系中各向同性，在大爆炸原始奇點（Original Singularity）的坐標系中便不可能各向同性。反之也一樣。所以各向同性的哈勃定律勢必導致地心說。如果拋開相對論，而採用經典物理的速度變換，可不可以擺脫地心說呢？ 也不行。道理很簡單。比如說，我們考慮離地球一百億光年球面上的銀河系。我們現在觀測到的這些銀河系的位置和速度是它們一百億年前的位置和速度。而那個時候地球(那時地球是否已經形成並不重要)離大爆炸的原始奇點比現在要近三分之二的距離 (宇宙大爆炸理論認為宇宙的壽命為一百五十億年)。即是說，一百億年前地球並不在這一圈銀河系的中心，根據線性哈勃定律，它們的速度也應是各向異性的，而這和實驗觀測結果相悖。

總之，無論哈勃定律是線性還是非線性，相對於地球各向同性的宇宙速度分布都將不可避免的墜入地心說。

葡萄乾布丁模型或氣球模型還有一個暗藏的問題，那就是支持布丁或氣球均勻膨脹的能量從哪裡來？我們知道布丁或氣球的均勻膨脹必須依靠系統外面的能源（火爐或打氣筒）來維持。如果沒有外在能源，現實中任何自由爆炸的系統，小到肥皂泡，大到原子彈，都不可能無限制地均勻膨脹。如此重要的一個問題，被所謂的度規膨脹和時空纖維膨脹之類的辭令悄悄掩蓋了。如果度規或時空纖維會膨脹，則被測量的時空和用以測量的工具（尺子和鐘錶）應該同時按比例膨脹。試問，所謂的度規膨脹或時空纖維膨脹如何測量呢？如果一個觀察者拿着和宇宙成比例膨脹的尺子和時鐘，他是不可能測量到宇宙的膨脹的，也測不到什麼宇宙紅移。