宇宙大爆炸理论的困难--完全违反相对性原理

根据哈勃定律，宇宙中的所有物体都各向同性地离开地球往外飞，似乎意味着地球是宇宙的中心。这是谁都无法接受的中世纪的地心说，是完全违反相对性原理的。但是，有的理论家辩解说，如果哈勃定律是严格线性的，即使地球不在宇宙的中心，对于地球上的观察者来说，宇宙中的所有物体都会看上去好像各向同性地离开地球往外飞。因此，宇宙大爆炸理论不坠入中世纪的地心说的唯一希望在于哈勃定律的严格线性。换言之，如果哈勃定律被证明是非线性的，则宇宙大爆炸理论就不可能成立。大爆炸理论家们把这种线性爆炸宇宙模型称为葡萄干布丁模型 (raisin pudding model) 或气球模型(balloon model)。当布丁被蒸而均匀线性膨胀时，相对于任何一个葡萄干所有别的葡萄干都各向同性地线性地离开它往外膨胀。

哈勃定律的严格线性恰恰遭到了实验的严重挑战。美国麻省理工学院的施格尔 (I.E. Segal) 和国防分析研究院的尼柯尔 (J.F. Nicoll) 在1992 年 12 月的自然科学院会报第 89 期天文学上 (Proc. Natl. Acad. Sci. USA, Vol. 89, pp. 11669-11672, December 1992, Astronomy) 发表了他们的实验研究结果，证明了哈勃定律的非线性。施格尔和尼柯尔用多种统计方法对红外线天文卫星（IRAS）的 2000 多组数据进行了严格而系统的分析。结果证明宇宙红移和距离的平方成正比，而不是和距离的一次方或三次方成正比。而此前的教科书上引用的线性哈勃定律是基于从阿贝尔目录中筛选出的116 组数据得到的。筛选的标准便是要符合有待证明的线性哈勃定律。

其实，即使哈勃定律的严格线性没有遭到实验的挑战，也不能逃避地心说。所谓的葡萄干布丁模型依据的是经典力学中坐标和速度的线性变换，可是宇宙大爆炸理论是建立在相对论力学上的。在相对论中速度的变换是非线性的。因此， 速度的分布不可能在不同的参照系中同时各向同性。如果速度分布在地球坐标系中各向同性，在大爆炸原始奇点（Original Singularity）的坐标系中便不可能各向同性。反之也一样。所以各向同性的哈勃定律势必导致地心说。如果抛开相对论，而采用经典物理的速度变换，可不可以摆脱地心说呢？ 也不行。道理很简单。比如说，我们考虑离地球一百亿光年球面上的银河系。我们现在观测到的这些银河系的位置和速度是它们一百亿年前的位置和速度。而那个时候地球(那时地球是否已经形成并不重要)离大爆炸的原始奇点比现在要近三分之二的距离 (宇宙大爆炸理论认为宇宙的寿命为一百五十亿年)。即是说，一百亿年前地球并不在这一圈银河系的中心，根据线性哈勃定律，它们的速度也应是各向异性的，而这和实验观测结果相悖。

总之，无论哈勃定律是线性还是非线性，相对于地球各向同性的宇宙速度分布都将不可避免的坠入地心说。

葡萄干布丁模型或气球模型还有一个暗藏的问题，那就是支持布丁或气球均匀膨胀的能量从哪里来？我们知道布丁或气球的均匀膨胀必须依靠系统外面的能源（火炉或打气筒）来维持。如果没有外在能源，现实中任何自由爆炸的系统，小到肥皂泡，大到原子弹，都不可能无限制地均匀膨胀。如此重要的一个问题，被所谓的度规膨胀和时空纤维膨胀之类的辞令悄悄掩盖了。如果度规或时空纤维会膨胀，则被测量的时空和用以测量的工具（尺子和钟表）应该同时按比例膨胀。试问，所谓的度规膨胀或时空纤维膨胀如何测量呢？如果一个观察者拿着和宇宙成比例膨胀的尺子和时钟，他是不可能测量到宇宙的膨胀的，也测不到什么宇宙红移。