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史蒂芬霍金是根本错误的
送交者: 方舟の女 2004年04月14日17:09:07 于 [教育学术] 发送悄悄话

本女认为,霍金的以下这段论证,是根本错误的。不管宇宙是否是静态,
是否是否无穷大,事实上没有任何恒星能够在无限久远之前开始发光。
因为恒星的发光,是以将自己的质量持续转换为能量为代价。所以,
一颗恒星的生命,必然只能持续一段有限的时间。

但是,有限寿命的恒星,并不能帮助一个无限的静态宇宙避免出现明亮
的夜空,因为宇宙中将不断有老的恒星烧尽死去和新的恒星开始发光,
这是个周而复始的过程。所以,假如宇宙是无限大的话,即使单个恒星
寿命有限,也无法避免奥伯斯祥谬。

我们的天空是黑暗的,这个,只能证明一个事实,我们的宇宙,至少是
我们能够观测得到的宇宙,是一个有限大小的宇宙。但是,有限大小的
宇宙,并不就意味着它有一个起源。本女的宇宙模型里,宇宙既没有个
起源,也没有一个终结。但是,可观测宇宙的范围,不管是在三个空间
维度上还是在时间轴上,都有个最大半径可观测半径,时空因为弯曲而
封闭在这个半径范围内。

这些论点,是本女正在发展的广义信息论的理论的一部分。事实上,
按照本女的理论,经过简单的推算,毋需任何人为的修正参数,就可以
得到极为精确的宇宙背景微波辐射温度,其误差不超过千分之二。这个
精确度,是任何宇宙大爆炸理论家们所望尘莫及的惊人精确度。要知道,
他们对宇宙背景微波辐射温度的任何理论计算,与实测值至少相差好几
倍呢!

本女的计算,涉及两个基本的无量纲物理常数,一个是大家耳熟能详的
α电子精细结构常数,约为1/137.036,更加精确的数值大家网上可以查到。
另外一个是β电子引力结构常数,定义为

β = G*Me^2/(hbar*C) = 1.751783x10^-45

一切有关宇宙尺度的参数,都和由α和β导出的一个无量纲常数有关,
本女管它叫做宇宙常数N,注意,不是爱因斯坦的那个宇宙常数。

N = (α^2)/(2*β) = 1.52x10^40 (无量纲)

宇宙的总霍金熵,定义为以宇宙半径为半径的黑洞的霍金熵,等於
圆周率π乘以以N为半径的四维时空球体的表面积。如果不知道四维
球体的表面积公式,大家可以先积分求出四维球体的体积,然后对
半径求导。反正四维球体的表面积是2*π^2*N^3。简单写下来:

Su = π*S4(N) = 2*π^3*N^3

长度的基本单位是电子的经典半径,定义为:

r0 = e^2/(Me*C) = α^2*a0 = 2.817 940 325 x 10^-15 m

顺手推出时间的基本单位

t0 = r0/C = 9.4x10^-24 秒

能量的基本单位是

E0 = (hbar*C)/r0 = 1.121928084x10^-11 焦耳

顺手推出质量的基本单位是:

M0*C^2 = E0
M0 = E0/C^2 = Me/α = 137.036*Me = 1.248313346x10^-28 公斤

宇宙的熵,半径,年龄,或者总能量或质量,当表达成以上的基本单位时,
都可以极简洁地用宇宙常数和圆周率来表达:

Su = π*S4(N) = 2*π^3*N^3
(R/r0) = π*N
(T/T0) = π*N
(M/M0) = π*N^2

为什么上面的公式都有个π,本女不知道,大概这是弯曲时空的观测
效应,使得观测值都比实际值大π倍的缘故吧。类似于哈哈镜。

使用上面公式,很容易得到宇宙的半径,或者说宇宙的观测年龄,
约为1.3456x10^26米,或142.2亿光年,而宇宙的总质能,则可以算出为
9.0606773x10^52公斤。

按照本女的理论,在周而复始的物质能量循环过程中,宇宙总质能在
任何时间都有一部分是类似太阳这样的发光物质。按照天文学观测数据,
这部分物质大约占总质量的百分之五到六左右。我们姑且假定它是百分
之五点五,这部分发光物质发出的光,只能走142.2亿光年,因为那是
宇宙的可观测半径。把百分之5.5的宇宙质量换算成太阳的个数,按照
太阳的每秒的辐射功率乘以142.2亿年的时间,这个总共的能量,平均
到宇宙的全部体积,便是转换成单位体积的微波辐射能量密度。

具体推导从简,最后的微波辐射能量密度公式是:

U = (g/π) * (3/(4π*r0^3))*(W/(Ms*C^2))*hbar

公式中第一项g就是这个百分之五点五的因子,第二项是单位长度半径
的球体积的倒数,第三项,是太阳总辐射功率与它的总质能的比率,也
就是说它每秒钟损失质量的相对比率,第四项,就是普朗克常数除2π。

W可以从太阳常数,也就是太阳在地球处的辐射强度,及地球距离太阳的
距离算出,太阳常数是每平方米1365瓦,地球轨道半径为1496亿米,算出
W=3.83884x10^26瓦。而太阳质量为1.989x10^30公斤。因此:
(W/(Ms*C^2)) = 2.147454x10^-21
U = 4.23x10^-14 焦耳每立方米
而辐射能量密度和温度的四次方成正比:
U = a*T^4,a = 4σ/C,σ是STEFAN-BOLTZMANN CONSTANT。
U = 7.5657x10^-16 * T^4
见(http://scienceworld.wolfram.com/physics/RadiationConstant.html)

两相比较,得到
T^4 = 4.23x10^-14 / 7.5657x10^-16 = 55.91
T = 2.73 K
现代天文观测,最权威的宇宙微波背景辐射温度数值为
T = 2.725 +- 0.002 K

本女算出的2.73 K,误差仅仅只有不到千分之二!!!这是迄今为止
对宇宙微波背景辐射温度数值最精确的理论计算结果。相比之下,
根据大爆炸学说计算的宇宙微波背景辐射温度数值,甚至连数量级
都凑不对,最精确的数据也要相差好几倍!!!

精确算出了宇宙微波背景辐射温度数值,和宇宙的精确半径,这是
本女的广义信息论的无可辩驳的成功的理论成果之一。

顺便说一下,史蒂芬霍金的黑洞熵公式,严格来说是不对的,虽然
它算出的数值,对于大的黑洞,是对的。史蒂芬霍金错误之处就是
他假定黑洞是静态的,不考虑它随时间而变,并且又假定时间轴是
无限平直伸展的。这两个假定都是不成立。霍金的黑洞辐射,首先
就推翻了他自己的静态黑洞假设,在普朗克尺度大小的黑洞,因为
霍金辐射,其蒸发时间在普朗克时间的量级上。存在时间这么短促
的黑洞,还能够看作是静态的黑洞吗?其次,可观测宇宙在时间和
空间上都是有限的,时间轴因此也不能无限延伸。

正确的霍金熵公式,应该是包围黑洞存在的四维时空区域的表面积
的四分之一,这个表面积的计算使用以上提到的长度和时间基本单位
来进行计算。对于宏观大小的黑洞,其寿命和宇宙的寿命一致,因此
它存在的四维时空区域,在时间轴上是宇宙的直径,也即半径的两倍,
而在空间上,是一个三维球形。这样一个四维时空区域,相当于一个
在时间轴上延伸的长长的四维园柱形,圆柱的长为2N,而截面周长
是个二维周长,也就是三维球的表面。我们知道,圆柱形的表面积
等於截面周长乘以圆柱长度,因此,霍金熵公式应该为:

S = 1/4 * A = 1/4 * 2*N * 4π* (R/r0)^2 = 2π*N*(R/r0)^2

在数值上,这个公式和史蒂芬霍金的黑洞熵公式给出的结果一样,它
也同样正比与半径的平方,但是,它的物理意义完全不一样。它是四维
时空球的表面积的四分之一,而不是三维空间球的表面积的四分之一。

方舟の女

附原贴:

人们过去一直认为宇宙是无限静止的。对于无限静止的宇宙首先发难的
通常归功于德国哲学家亨利希奥伯斯。1823年,他提出了著名的"奥伯斯
佯谬"。他指出,如果宇宙是无限静止的和均匀的,那么观察者每一道
视线的终点必将会终结在一颗恒星上。那么我们不难想象,整个天空
即使是在夜晚也会象太阳一样明亮。有人提出反驳:远处恒星的光线被
它经过的物质所吸收而减弱。其实这看似有理的反驳是站不住脚的,
因为吸收光线的物质将最终被加热到发出和恒星一样强的光为止。无限
静态宇宙只有一种情形能避免夜空象白天一样明亮,那就是:恒星不是
在无限久远以前就开始发光。在这种情形下,光线所经过的物质尚未被
加热,或者远处的恒星光线尚未到达地球。我们于是又面临著一个问题:
是什么使恒星第一次发光?这就是人类探索了无数世纪的问题--宇宙起源。
可读史蒂芬霍金《时间简史》.

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