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也谈宇宙学
送交者: tutor 2003年07月14日18:01:41 于 [教育学术] 发送悄悄话

本人是理论物理专业的,对宇宙学略知一二.
这两天看到有关宇宙学的讨论,看到有关大爆炸宇宙学
的讨论,想来发表一些见解。

八十年代以前的宇宙学被称为standard cosmology, 是
很成功的理论. 它是基于Einstein 广义相对论的一个
解, 因此无从说是和广义相对论矛盾.它和许多试验
观测吻合. standard cosmology 也可称为big-bang 因为
时空起源于奇点然后不断膨胀。 这里, 通常有一个误解
就是把big-bang理解为一定是有边界的膨胀。实际上膨胀
是没有边界的而且是每个地方都在膨胀。
standard cosmology 本身也有一些理论上的不足. 因此在八
十年代 Guth 和 Linde 提出了暴涨(inflation), 解决
了其中的困难。因此现在的宇宙学是:standard cosmology+
inflation, 让我们把这叫做标准模型。

最近发现的这颗最老的行星, 离我们有5,600光年。 之
所以奇特, 是因为它所在的"太阳系" 非常古老, 因此没有
重的元素. 大多数天文学家不期待在这样的地方发现行星,
因此另人吃惊.因此要改变的是有关行星的理论,而和
big-bang 没有什麽关系.

我不期望所有人都相信标准模型, 但我须指出 方舟の女
对big-bang的描述中容易使人产生误解的地方,
以免使大家因对宇宙大爆炸学说的误解而不相信它.
(引号内为方舟の女 原话)

"宇宙大爆炸学说,是在根本上和爱因斯坦的相对论不兼容的,不但和
广义相对论不兼容,和狭义相对论也不兼容。宇宙大爆炸学说要求要
有一个宇宙起源的奇点,时间和空间都从这个奇点开始。这个奇点的
存在本身,就是对相对论相对性原理的挑战。因为既然有了这个奇点,
那么我们就可以用这个奇点为原点,建立起一个宇宙的绝对时空。但
相对性原理里,时空都是相对性的,它不允许有绝对时空的存在。"

宇宙大爆炸学说中的"奇点", 首先不能理解为空间上的一点,因为
爆炸一直都充斥着整个无界的空间,每个空间的点都是平等的。相对论
说各个参考系是平等的,指的是物理定律的平等,但不排斥用某些
参考系来描述物理现象可能是方便的。好比测量两个城市间的距离,
当然是用地球参考系方便,而不是一切都以太阳为坐标。因此用此
奇点作为“参照“是方便的, 但物理定律在此参照系并不特殊.

"这些统统是错误的,是以讹传讹的结果。该到了正本清源的时候了!
近两年的天文观测,最终给出了平坦宇宙的结论,给爱因斯坦的
宇宙常数最终盖棺定论:这个常数等于零,也即它是不存在,也不
不要的。几十年来学者们围绕这个所谓宇宙常数所做的各种猜测,
研究,计算,统统是浪费时间的无用功。"

天文观测是给出了平坦宇宙的结论,这就是
说曲率几乎为零, 却不是宇宙常数。天文观测给出了宇宙常数不为
零的结果, 而且是宇宙当今的主要组成。 至于宇宙常数究竟是
如何解释,是现在最为困扰物理学家的问题之一。 

  
"因为电子看来是最简单的仅仅包含电荷和能量,没有别的物理特性,
也不参加任何非长程作用的粒子。那么为什么引力结构常数要取它
的两次方,而电磁精细结构常数要取三次方呢?这个是因为引力的
是由质量引起的,引力的本质特性是一个三维空间里的力。而传播
电磁力的本质特征则是四维时空的。电磁作用靠光子传播,光子是
必须要以光速在四维时空里传播,没有办法让它停下来的。所以,
电磁作用的特性是四维的而非三维的。"

电子的物理特征还有自旋.引力的本质特性不是三维而是四维.牛顿
的引力是三维的,因此两点之间的引力是瞬时建立的. 但Einstein
的引力是关于四维时空的, 因此引力的传播也需要时间, 而不能
瞬时作用。 引力传播的速度也是光速。

"如果大家无法理解本女上面这段话的道理,不明白为什么宇宙起点的
存在破坏了相对性原理。那么本女换一个通俗的说法吧。假如在宇宙
大爆炸的瞬间,有一个人乘飞船以极度接近光速的速度,向远处飞行,
在过了一百四十亿年之后,我们看到那个人在现在这个宇宙的近边缘
之处。因为相对论的原因,一百四十亿年的时间,在接近光速飞行的
人看来,只是一秒钟不到的时间。可是在一秒钟不到的时间里,那人
一回头,却看到宇宙已经膨胀成为半径一百四十光年的巨大宇宙。
这个是绝对不可能的! "

这里有很多模棱两可的话:
"向远处飞行"? "这个宇宙"?"近边缘"?"一回头"?  
这两个人所看到的宇宙会有一定差别。 但无论是谁, 推算的宇宙
年龄都是一样的。 对于那个“向远处飞行“的人, 尽管他的表
相对于我们的慢了, 但宇宙的演化, 在他眼里也相应的慢了, 所以
他的世界和我们的没有太大不同。 但无论如何, 没有具体的定义和
计算, 这些讨论都没什莫太大意义, 不可能很精确, 也不能
作为判断是非的标准。


讨论物理要以可观测量为基础. 无论是时间还是距离, 都要落实到
观测上. 尤其是对膨胀的宇宙, 距离的定义比较微妙, 非一言两语
所能说清. 在讨论"思想试验" 时, 也要说清时间和距离的定义. 否
则讨论来讨论去, 都只是空中楼阁罢了, 不会有什莫结果. 因此对
方舟の女所设想的试验也很难评论.

总之,standard cosmology+inflation 是一个很好的理论。可能
方舟の女的广义信息论也是好理论。 判断好坏有很多标准, 让
我列举几条:
1.当然首先是与实验相符
2.基本假设越少越好。
3。能解释的现象越多越好。
4。能否提出新的可被检测的实验?

standard cosmology+inflation 符合上述标准,因此是个好理论。



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