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twxz木蟲 (正式寫手)
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[交流]
【交流】有關(guān)宇宙學(xué)話題討論的回顧和展望
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有關(guān)宇宙學(xué)話題討論的回顧和展望 引言 對宇宙學(xué)研究這個話題我已發(fā)表了許多帖子。一些主要理論觀點集中發(fā)表在‘可觀測的宇宙’這個話題中。目前還有一些有關(guān)宇宙學(xué)研究的話題還有許多問題可以討論，因為這些問題有關(guān)理論方面的含量相對要少，其它方面的問題含量則比較多和雜亂，我個人認為不宜放在‘可觀測的宇宙’的話題中繼續(xù)討論。因此我打算把這些需要繼續(xù)討論的問題放在‘有關(guān)宇宙學(xué)話題的回顧和展望’這個話題中繼續(xù)討論。歡迎各位網(wǎng)友繼續(xù)批評指正。謝謝！ 1 國內(nèi)的宇宙學(xué)研究現(xiàn)狀 有關(guān)國內(nèi)宇宙學(xué)研究現(xiàn)狀，國家天文臺陳學(xué)雷先生有如下的一些描述（引自陳學(xué)雷先生在科學(xué)網(wǎng)上發(fā)表的題目為‘無限時空－－談?wù)動钪鎸W(xué)的科普和一些常見的誤解’系列博客）。 （地址：http://www.sciencenet.cn/blog/user_content.aspx?id=36870） 對于沒有接受過系統(tǒng)的理論物理訓(xùn)練并專門學(xué)習(xí)過宇宙學(xué)理論的人來說，要想弄清現(xiàn)代宇宙學(xué)關(guān)于這些問題的觀點是有點困難的。當然，這些問題本身就很抽象、復(fù)雜，需要了解相當多的基礎(chǔ)知識。但是，除此之外，宇宙學(xué)發(fā)展迅速，出版的很多教科書都過時了，宇宙學(xué)的科普本身也比較混亂，也是主要因素。在我國尤其如此。你也許經(jīng)常會在電視、廣播、報紙、雜志以及網(wǎng)絡(luò)新聞上遇到一些關(guān)于宇宙學(xué)新發(fā)現(xiàn)的新聞報道，但這些報道往往是譯自國外的報道，原來針對的是西方公眾，對知識背景不同的我國公眾來說，往往并不容易理解，而且這些報道本身也往往互相矛盾。不用說普通公眾，甚至許多不從事宇宙學(xué)研究的物理學(xué)家、天文學(xué)家也往往對宇宙學(xué)的基本概念有一些錯誤的印象。 所以我想寫這篇文章，既介紹一下現(xiàn)代宇宙學(xué)對時空認識的發(fā)展歷程，也談?wù)勎覀冞^去對宇宙學(xué)科普的一些問題，講講一些不同時期出現(xiàn)的不同說法的來龍去脈，幫助對此感興趣的公眾澄清對宇宙學(xué)的認識。當然，這里只能談?wù)勔恍┏Ｒ姷膯栴}，我不可能澄清全部的誤解。本文是為那些希望弄明白一些自己不懂的問題的讀者而做的，至于有些“民科”（包括某些掛著教授頭銜的），自以為比專家更懂宇宙學(xué)，或者干脆不相信整個宇宙學(xué)的，恕我對你們的所謂“質(zhì)疑”不予理睬。 。。。。。。 上世紀七十年代，我國的天體物理學(xué)家開始研究現(xiàn)代宇宙學(xué)理論。當時一些學(xué)者在為大爆炸宇宙學(xué)觀點做辯護的時候，提出了一種說法，說宇宙學(xué)研究的是“可觀測的宇宙”，與哲學(xué)上的更為普遍的宇宙、時空是不同的概念，這樣現(xiàn)代宇宙學(xué)才被“合法化”，避開了意識形態(tài)上的批判。但是，在八十年代，關(guān)于宇宙學(xué)的哲學(xué)爭論還持續(xù)著。關(guān)于宇宙學(xué)以及一些其它自然科學(xué)的爭論，反映了我國學(xué)術(shù)界在改革開放時期逐步實現(xiàn)思想解放的歷程�，F(xiàn)代宇宙學(xué)概念的引入，沖擊了過去的教條，引起了人們的反思，本身也在一定程度上起了促進思想解放的作用。到我進入大學(xué)時（八十年代中后期），哲學(xué)課教材上也開始提到宇宙大爆炸理論，盡管語焉不詳。但是，九十年代，甚至遲至2000年，我在我國的報紙、雜志上還都經(jīng)�？吹接腥俗珜懳恼�，根據(jù)哲學(xué)上的“無限時空觀”批判現(xiàn)代的大爆炸宇宙學(xué)。 從這里我們可以看到，在解放初期，由于我國對宇宙學(xué)的研究主要受意識形態(tài)影響，現(xiàn)代宇宙學(xué)中大爆炸觀點是受到不公正對待而處于被批判的地位�，F(xiàn)在情況有了變化，改革開放以后，一批在國外接受過有關(guān)現(xiàn)代宇宙學(xué)方面教育的研究人員從國外通過‘引進’的方式回到國內(nèi)，國家也通過‘選派出國進修’的渠道派出許多研究人員出國學(xué)習(xí)交流有關(guān)現(xiàn)代宇宙學(xué)方面的知識。現(xiàn)在這些研究人員已成為國內(nèi)宇宙學(xué)研究的骨干，得到國內(nèi)有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)的承認和支持，有關(guān)宇宙學(xué)問題的科學(xué)研究主要由這些骨干研究人員進行。即使他們的研究課題主要還都是一些屬于‘跟蹤研究’性質(zhì)的研究課題。遺憾的是這些骨干研究人員中某些人現(xiàn)在似乎走到另一個極端，認為只有‘標準宇宙學(xué)模型’才是正統(tǒng)的現(xiàn)代宇宙學(xué)理論。因此，只有他們這些持有其‘標準宇宙學(xué)模型’觀點的研究人員才是正統(tǒng)的現(xiàn)代宇宙學(xué)家，其它不同觀點的理論研究人員，特別是國內(nèi)的研究人員，“都是‘不懂宇宙學(xué)’，是‘民科’（包括某些掛著教授頭銜的）。對他們的所謂‘質(zhì)疑’不予理睬”。另一個例子是陳學(xué)雷先生在2007-11-28發(fā)表于科學(xué)網(wǎng)上發(fā)表了一篇文章，題目是‘暗物質(zhì)研究進展’， （地址：http://www.sciencenet.cn/blog/user_content.aspx?id=11714） 文章最后一段是：遺憾的是，盡管我花許多時間對報告盡可能做了精心準備，但實際效果并不太好。由于內(nèi)容過多，因此在２５分鐘的報告時間里，對每個問題往往只能蜻蜓點水地說一下，而且講地很快，聽眾反應(yīng)不過來，沒有時間消化吸收。從報告后的問答以及事后與一些老師、同學(xué)的交流看，絕大多數(shù)聽眾對我報告的大部分內(nèi)容都沒有理解，而對于一些暗物質(zhì)研究方面的小同行來說，我講的可能又過于泛泛了。這個月初，我曾在卡弗里理論物理所的研討會上講過一次用重子聲波震蕩觀測暗能量，由于類似原因效果也不太好�？磥恚瑢τ谠鯓幼龊眠@類報告，我還是要總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，加以改進。也許單做科普介紹、或者單講我們自己的工作進展更為現(xiàn)實一些。 從這里我們可以看到，陳學(xué)雷先生因為自己在國外接受過一些有關(guān)現(xiàn)代宇宙學(xué)方面教育，因此他認為國內(nèi)學(xué)者對他‘報告的大部分內(nèi)容都沒有理解’。需要他這個‘專業(yè)宇宙學(xué)家’來做‘科普介紹’。雖然在文章的開頭，陳學(xué)雷先生也提到，有天文界同事對暗物質(zhì)問題提出過質(zhì)疑，并承認‘坦率公開的質(zhì)疑和討論，對于學(xué)術(shù)研究的健康發(fā)展是有益的，我們應(yīng)該歡迎’。可是當我提出可能存在有‘非多普勒紅移機制’時，由于這個問題是關(guān)系到‘標準宇宙學(xué)模型’的‘生死存亡’問題，專業(yè)的天文期刊拒絕發(fā)表我的文章。當我和陳學(xué)雷先生討論這個問題時，陳學(xué)雷先生的評論是：‘他們之所以拒絕你的論文，是因為如果你是對的，那么整個宇宙學(xué)就都錯了。當然，也可能我們大家都錯了，你是對的，那么你就是愛因斯坦，不過這個世界上愛因斯坦畢竟不太多，這種可能性也就很小，這就是為什么盡管沒找到你的具體錯誤，卻仍然拒絕你的論文的原因’。我想，陳學(xué)雷先生這個想法代表了國內(nèi)許多‘標準宇宙學(xué)模型’堅定支持者的態(tài)度，他們希望用愛因斯坦這面大旗在學(xué)術(shù)辯論中給自己壯勢助威，使我‘知難而退’。在這里，‘坦率公開的質(zhì)疑和討論’已經(jīng)不再是‘對于學(xué)術(shù)研究的健康發(fā)展是有益的，我們應(yīng)該歡迎’的。質(zhì)疑‘標準宇宙學(xué)模型’實際上已經(jīng)成了是他們無法容忍的‘民科’。 從上面我們可以看到，雖然‘標準宇宙學(xué)模型’的堅定支持者承認，‘標準宇宙學(xué)模型’還存在有許多問題，承認‘暗物質(zhì)’和‘暗能量’是他們頭上的兩朵‘烏云’；承認宇宙再電離也是‘至今人類所認知的宇宙演化歷史中的一塊重要空白’；承認從1929年到1998年，天文學(xué)界一直相信，宇宙是減速膨脹，如果現(xiàn)在宇宙在加速膨脹，則原來的‘標準宇宙學(xué)模型’全錯了，需要建立新的‘標準宇宙學(xué)模型’。但他們拒絕一切質(zhì)疑‘標準宇宙學(xué)模型’的研究。顯然這種做法是和認真的科學(xué)研究精神相矛盾。也和陳學(xué)雷先生自己所說的‘坦率公開的質(zhì)疑和討論，對于學(xué)術(shù)研究的健康發(fā)展是有益的，我們應(yīng)該歡迎’相矛盾。這就是我們國內(nèi)宇宙學(xué)研究的現(xiàn)狀。當然，這和國際上的宇宙學(xué)研究現(xiàn)狀是‘接軌’的。 |
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2樓2010-01-15 15:15:52
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2 我國對宇宙學(xué)研究的導(dǎo)向
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2 我國對宇宙學(xué)研究的導(dǎo)向 前一個帖子我已提到目前我們國內(nèi)宇宙學(xué)研究的現(xiàn)狀是和國際上的宇宙學(xué)研究現(xiàn)狀‘接軌’的。而國際上的宇宙學(xué)研究現(xiàn)狀在如同2004年5月22日發(fā)表于英國的《新科學(xué)家》（New Scientist）雜志發(fā)表的一封《致科學(xué)界的公開信》所說的那樣： 理查德•費曼（Richard Feynman）說過，‘科學(xué)就是懷疑的文化’，而在今天的宇宙學(xué)領(lǐng)域，’懷疑和異見’得不到容忍，年輕學(xué)者們即使對大爆炸這一標準模型有任何否定的想法也不敢表達。懷疑大爆炸論的學(xué)者如果把自己的疑問說出來就會失去經(jīng)費資助。連實際的觀測結(jié)果也要被篩選，要依據(jù)其能否支持大爆炸理論的標準來篩選。這樣一來，所有不符合標準的數(shù)據(jù)，比如譜線紅移、鋰元素和氦元素在宇宙中所占的比例、星系的分布等，都被忽視甚至歪曲。這反映出了一種日益膨脹的教條主義，完全不合乎自由的科學(xué)研究精神。如今在宇宙學(xué)研究領(lǐng)域，幾乎所有的經(jīng)費和實驗資源都被分配給以大爆炸理論為課題的項目�？蒲薪�(jīng)費來源有限，而所有主管經(jīng)費分配的評審委員會都被大爆炸論的支持者們把持著。結(jié)果就造成了大爆炸理論掌握該領(lǐng)域的全面主導(dǎo)地位，這一局面與該理論在科學(xué)上的有效性毫無關(guān)系。只資助從屬于大爆炸論的課題，這種做法抹殺了科學(xué)方法的一個基本原則：就是必須持續(xù)不斷地用實際觀察來對理論加以檢驗的原則。這樣一種束縛使任何探討都無法進行，也使任何研究都無法進行。這封公開信的中文翻譯引自 http://space.tv.cctv.com/article/ARTI1205226154219927 國內(nèi)對宇宙學(xué)研究的政策是什么？如果想要找出文件加以說明大概是不可能。不過我們可以從一些具體情況看到潛在的政策導(dǎo)向。由科學(xué)院主辦的‘科學(xué)網(wǎng)’于2009-10-22發(fā)表了‘科學(xué)網(wǎng)的三條紅線’通告，要求廣大博主不要越過三條紅線。其中第三條紅線是：‘無休止地散布“有違于人類科學(xué)史上業(yè)已公認并得到實踐認可的科學(xué)理論”的信息；無休止地向編輯部和廣大博主發(fā)布騷擾信息’。科學(xué)網(wǎng)的三條紅線雖然有不少人表示擁護，也有不少人表示質(zhì)疑。質(zhì)疑的主要是這第三條�？茖W(xué)網(wǎng)編輯部如何對有爭論的學(xué)術(shù)問題做出判斷，哪一方是代表‘人類科學(xué)史上業(yè)已公認并得到實踐認可的科學(xué)理論’？本人就因為發(fā)表了一系列對‘標準宇宙學(xué)模型’理論質(zhì)疑的文章，和陳學(xué)雷先生發(fā)生爭論而被關(guān)閉了我在科學(xué)網(wǎng)上的博客。這里‘科學(xué)網(wǎng)’顯然把‘標準宇宙學(xué)模型’的理論當成‘人類科學(xué)史上業(yè)已公認并得到實踐認可的科學(xué)理論’�？墒�，即使是‘標準宇宙學(xué)模型’理論的堅定的支持者他們自己也承認，‘暗物質(zhì)’和‘暗能量’是他們頭上兩朵沒有解決的烏云，‘宇宙再電離’問題是‘至今人類所認知的宇宙演化歷史中的一塊重要空白’。1998年兩組天文學(xué)家在美國“天體物理學(xué)”雜志發(fā)表論文，根據(jù)對Ia型高紅移超新星的觀察，聲稱我們的宇宙正在加速膨脹。因此李淼先生（標準宇宙學(xué)模型堅定支持者）2009年4月11日在科學(xué)院圖書館科學(xué)文化傳播服務(wù)平臺進行的演講中也承認從1929年到1998年，天文學(xué)界一直相信，宇宙是減速膨脹。如果我們的宇宙正在加速膨脹，那他們以前的工作基礎(chǔ)就全錯了。既然如此，‘科學(xué)網(wǎng)’有什么理由把‘標準宇宙學(xué)模型’的理論當成‘人類科學(xué)史上業(yè)已公認并得到實踐認可的科學(xué)理論’？為什么不允許持有不同觀點的研究人員從不同的角度對這些問題進行深入研究？雖然我多次提出申訴，也有博友對‘科學(xué)網(wǎng)關(guān)閉我的博客’做法表示不同意見，但都沒有效果。（現(xiàn)在我只能閱讀和評論科學(xué)網(wǎng)上的博客，但不能發(fā)表自己的博客）。我也為此向科學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)反映過這個問題，但我反映問題的郵件都沒有回音。所以我只好在一些沒有被科學(xué)院控制的網(wǎng)站上發(fā)表我的有關(guān)博客文章。我不知道科學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)究竟是完全贊同科學(xué)網(wǎng)的做法還是我的反映問題的郵件在半路上就被某些人給截住因而到不了科學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)手中。 |
3樓2010-01-17 06:22:52
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3 我提過的建議
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3 我提過的建議 在我的帖子‘宇宙大爆炸理論的死穴---非多普勒紅移的存在’中我已經(jīng)指出，把哈勃定律作為‘宇宙膨脹’的觀測根據(jù)的前提條件是,我們所觀測到的星系紅移只能用星系運動的多普勒效應(yīng)來解釋，這樣紅移就是表示星系在作遠離我們的膨脹運動。如果我們所觀測到的星系紅移能用非多普勒效應(yīng)加以解釋，則哈勃定律就無法作為‘宇宙膨脹’的觀測根據(jù)。如果我們能夠通過天文觀測或者實驗室的測量發(fā)現(xiàn)非多普勒效應(yīng)的存在，則這將是對‘宇宙大爆炸理論’最好的否定證據(jù)。 雖然Astron. Astrophys. Suppl. Ser. 45, 129-144 (1981) 上的一篇文章 Untrivial redshifts: a bibliographical catalogue給出了許多關(guān)于反常紅移的觀測結(jié)果，但都沒有給出有力的、定量的非多普勒紅移效應(yīng)解釋，因此沒有達到證明存在非多普勒紅移效應(yīng)的目的。 我的兩個帖子，‘Pioneer VI的 紅移問題’和‘太陽譜線紅移的臨邊效應(yīng)’，對觀測到的反常紅移雖然給出了存在非多普勒紅移效應(yīng)的定量解釋，但國內(nèi)外專業(yè)期刊都拒絕發(fā)表，無法得到進一步的研究落實。至于為什么他們拒絕發(fā)表的原因，英國的《新科學(xué)家》（New Scientist）雜志發(fā)表的一封《致科學(xué)界的公開信》和陳學(xué)雷先生的評論很能說明問題。陳學(xué)雷先生的評論是：‘他們之所以拒絕你的論文，是因為如果你是對的，那么整個宇宙學(xué)就都錯了。當然，也可能我們大家都錯了，你是對的，那么你就是愛因斯坦，不過這個世界上愛因斯坦畢竟不太多，這種可能性也就很小，這就是為什么盡管沒找到你的具體錯誤，卻仍然拒絕你的論文的原因’。 實際上，我的帖子‘分光雙星兩個子星的譜線紅移問題’既可以看成是對存在非多普勒紅移效應(yīng)的定性解釋，也可看成存在非多普勒紅移效應(yīng)的理論預(yù)言。隨著航天技術(shù)的進步，通過對人造航天器軌道的精確測量，科學(xué)家們實際上也已經(jīng)發(fā)現(xiàn)可能存在非多普勒紅移效應(yīng)的現(xiàn)象。‘Pioneer VI的 紅移問題’只是一個例子。其它的例子還有： 1． “先鋒”10號飛船于1972年發(fā)射升空，“先鋒”11號飛船于1973年發(fā)射升空。目前，這兩艘飛船已進入深太空，但它們的軌道卻十分令人稱奇�？赡苡心撤N“力量”在拉它們，使這兩艘飛船不斷減速，但所產(chǎn)生的負加速度很小，低于1納米/秒2，大約相當于地球表面引力的100億分之1。但是，這足以讓“先鋒”10號飛船偏離原軌道40萬公里。 美國宇航局已于1995年同“先鋒”11號失去聯(lián)系，它也像“先鋒”10號一樣，偏離了設(shè)計軌道。人們不知道這種現(xiàn)象是由什么原因引起的。有些解釋已被排除：如認為飛船軟件的誤差；太陽風(fēng)或燃料泄漏。 2．北京時間2008年9月25日消息，據(jù)英國《每日電訊報》報道，美國科學(xué)家稱，他們通過一種最新的理論研究發(fā)現(xiàn)，地球和月球之間其實隱藏著大量神秘的暗物質(zhì)。他們的根據(jù)是美國宇航局近日發(fā)表的一份分析報告認為，衛(wèi)星或太空探測器在飛離或返回地球的過程中，其往返軌道越不對稱，飛行異�，F(xiàn)象也就越明顯。美國“近地小行星交會”“舒梅克”號探測器的飛行速度就比預(yù)計的要快得多。在許多太空探測器近地4小時的飛行期間，有的出現(xiàn)減速現(xiàn)象，有的出現(xiàn)加速現(xiàn)象。 我認為這實際上是美國宇航局在測量這兩艘飛船的速度時沒有考慮的宇宙空間中自由電子對測量結(jié)果的紅移效應(yīng)的結(jié)果。基于我國航天事業(yè)的飛速發(fā)展，我曾向歐陽自遠院士提出建議，希望他們能向有關(guān)部門和領(lǐng)導(dǎo)建議利用嫦娥一號衛(wèi)星軌道的測控數(shù)據(jù)進行有關(guān)的分析。研究這些速度異常是否和宇宙空間中自由電子存在有關(guān)系。但歐陽自遠院士回信，要我自己向月球中心提出申請，他則‘完全理解，能力所及一定盡力’。我已年過古稀，自知沒有這個能力組織這個課題的研究，只好作罷。 |
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4 相對論和牛頓定律的關(guān)系
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4 相對論和牛頓定律的關(guān)系 我對現(xiàn)代宇宙學(xué)中‘標準宇宙學(xué)模型’提出不同看法后，所遇到的最大的反對意見有幾個。其中有一點就是認為‘相對論和牛頓定律’完全不同的問題，不可混為一談。典型的例子就是小木蟲先生在對我有關(guān)文章的評論中認為，我把‘相對論和牛頓定律攪和到一起’是莫大的錯誤。我想這個觀點也是所有‘標準宇宙學(xué)模型’堅定支持者的觀點。我在話題帖子‘可觀測的宇宙’‘4 牛頓定律沒有失效’中已經(jīng)指出，根據(jù)俞允強教授的“廣義相對論引論”第三章第四節(jié)‘弱引力場中的自由粒子’和第六節(jié)‘場方程的牛頓近似’中，俞允強教授證明了在‘弱引力場’和‘低速運動’的條件下，廣義相對論的引力方程將還原到牛頓方程。在第四節(jié)中，俞允強教授還明確提到，‘我們知道，這方程（指牛頓方程）在天體力學(xué)中早已在很高的精度上被證實’。后面還對實際宇宙中的具體情況進行定量估算，并指出，‘即使對太陽表面附近運動的粒子，弱場條件（3.4.17）也是足夠好地成立的。反之，我們將看到要破壞弱場條件（3.4.17）則是很困難’�！谟^測到的所有星體中，僅有中子星的密度達到了每立方米10的18次方公斤。因此中子星表面（其實也包括內(nèi)部）的引力場是強場，它不宜用牛頓理論研究’。 從這里我們可以看到，在實際宇宙學(xué)研究中，相對論和牛頓定律并不是水火不相容。并不像小木蟲先所說的那樣，‘對于宇觀情形牛頓力學(xué)并不適用’。雖然理論上相對論是比牛頓定律能在更大范圍內(nèi)更精確地描述物質(zhì)運動，但它主要體現(xiàn)在微觀物理的研究中。在實際宇宙研究中，廣義相對論的引力方程完全可以還原到牛頓方程。因此在宇宙學(xué)問題研究中，把相對論力學(xué)方程和牛頓定律聯(lián)系到一起不應(yīng)當存在有什么原則問題。牛頓方程在天體力學(xué)中早已在很高的精度上被證實。考慮到我們天文觀測的精度，牛頓方程應(yīng)當還是宇宙學(xué)研究的主要基礎(chǔ)和工具。 我認為之所以有許多人認為，‘相對論和牛頓定律并不是水火不相容’，有很大一部分原因是有某些宇宙學(xué)家把宇宙學(xué)的研究神秘化。有關(guān)媒體也對所謂‘標準宇宙學(xué)模型’進行大量不全面的宣傳。因此，在廣大群眾中形成這樣一種錯覺，以為‘標準宇宙學(xué)模型’是終極理論，不可更改。愛因斯坦也被神化，幾乎和上帝差不多。似乎有些人并不認為愛因斯坦是時代和科學(xué)發(fā)展的產(chǎn)物。實際上沒有洛侖茲(H．A．Lorentz)，麥克斯韋和牛頓就不可能有愛因斯坦。同時，愛因斯坦也會犯錯誤，愛因斯坦引進宇宙學(xué)常數(shù)，后來自己又放棄，現(xiàn)在又有學(xué)者要把宇宙學(xué)常數(shù)請回來就是一個很好的例子。另外一個例子是：愛因斯坦1936年6月1日，投向《物理評論》（Physical Review）編輯部的一篇論文標題為“ 引力波存在嗎？”。結(jié)論是“ 引力波并不存在”。編輯部按照審稿規(guī)則，6月7日將稿件送審稿人審查。7月17日審稿人寄回打滿十頁的審稿意見，認為稿件有嚴重錯誤，必須修改。由此還引發(fā)了一場激烈的爭論。愛因斯坦后來將稿件投往別處發(fā)表。此稿發(fā)表在1937年1月出版的《富蘭克林研究所雜志》（.Journal of Franklin Institue）第233 卷第1333-4期。不過發(fā)表時文章的標題改了，從“引力波存在嗎？”改成“論引力波”，結(jié)論當然也變了，從否認引力波存在變成肯定引力波存在。（這個例子的文字引自中國科學(xué)院理論物理研究所劉寄星先生在“世界物理年”專稿2005年34卷7期上的一篇文章“愛因斯坦和同行審稿制度的一次沖突”）。 記得好像有人說過這樣一句故事，在愛因斯坦提出相對論初期，很多人都無法理解愛因斯坦的相對論。有一次有個物理學(xué)家對愛丁頓說：‘世界上大概只有三個人懂相對論’。愛丁頓反問到：‘那個第三個人是誰？’現(xiàn)在某些支持‘標準宇宙學(xué)模型’觀點的理論學(xué)家大概也有類似的心態(tài)，認為不支持‘標準宇宙學(xué)模型’觀點的理論學(xué)家都是不懂‘宇宙學(xué)’，是‘民科’。只有他們在‘標準宇宙學(xué)模型’框架下進行的理論研究才是真正“懂”‘宇宙學(xué)’，是‘官科’。 |
6樓2010-01-21 08:31:06
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5 愛因斯坦時空觀的物理含義
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5 愛因斯坦時空觀的物理含義 在前面一個帖子中我討論了‘相對論和牛頓定律’的關(guān)系問題�！畼藴视钪鎸W(xué)模型’支持者們認為，‘相對論和牛頓定律’是兩個完全不同的物理理論，因此不能混為一談。似乎‘相對論和牛頓定律水火不相容’。但是根據(jù)北京大學(xué)俞允強教授在“廣義相對論引論”中的論述，在現(xiàn)實宇宙中，廣義相對論的引力方程完全可以還原到牛頓方程。那么 ‘標準宇宙學(xué)模型’支持者們?yōu)槭裁磿J為，‘相對論和牛頓定律’是兩個完全不同的物理理論？我認為主要原因是在兩個理論中對引力和時間-空間之間的關(guān)系的處理方法不同導(dǎo)致的誤解。 牛頓力學(xué)理論認為，宇宙中所有物體都會對其它物體產(chǎn)生引力，因此稱為萬有引力。物體在引力作用下要產(chǎn)生運動。在牛頓力學(xué)中實際上暗含有這樣一個假設(shè)，即引力是在兩個物體所處的三維空間位置的連線上通過‘超距作用’直接產(chǎn)生相互作用，因此這個相互作用的力的方向是在沿兩個物體所處的三維空間位置的連線方向上。時間對兩個物體之間的引力相互作用的方向和大小都沒有影響。因此由這個引力產(chǎn)生的兩個物體相對運動是沿兩個物體所處的三維空間位置的連線方向進行移動。這個‘超距作用’實際上是暗含有這樣一個假設(shè)，即認為引力的相互作用是不需要傳播時間的。在引力源是靜止源的情況下，這個‘超距作用’假設(shè)不會導(dǎo)致什么問題產(chǎn)生。因此牛頓引力理論所能刻畫的僅僅是引力源是靜止的引力場，即靜態(tài)的引力場。愛因斯坦其實也是承認萬有引力的存在。只不過愛因斯坦希望把引力理論推廣到引力源是運動源的普遍情況中去。愛因斯坦的處理方法是，引力場的存在會使物體所處的四維時空性質(zhì)—即四維時空的曲率發(fā)生改變，從而使由兩個物體之間的引力產(chǎn)生的相對運動不是沿兩個物體所處的三維空間位置的連線方向進行移動，而是沿物體所處的四維時空點之間的測地線移動。時間對兩個物體之間的引力相互作用會產(chǎn)生影響。這個影響是通過四維時空的曲率發(fā)生的改變而表現(xiàn)出來。因此廣義相對論能刻畫的是一般作任意運動的引力源所產(chǎn)生變化的引力場。時間對引力場影響的大小顯然是由這由兩個物體之間的位置變化速度所決定。而位置變化速度則由物體之間引力場的強度所決定。因為物體之間的引力場越強，物體之間的相對運動速度就越大。因此，‘弱引力場’和‘低速運動’的條件是等價的。這就是為什么北京大學(xué)俞允強教授在“廣義相對論引論”中能夠證明在‘弱引力場’和‘低速運動’的條件下，廣義相對論的引力方程將還原到牛頓方程的物理原因。其物理本質(zhì)含義就是一個物體對另外一個物體的引力是通過有限的速度來傳播。引力不可能以無限的速度通過‘超距作用’而產(chǎn)生。只是在‘弱引力場’和‘低速運動’的條件下，引力的傳播速度足夠大，使得引力在兩個物體之間的傳播時間和物體運動產(chǎn)生可觀測到的空間位置變化所需的時間相比可以忽略不計。 在實際宇宙中，俞允強教授已經(jīng)通過具體的數(shù)值計算證明，除了在少數(shù)局部區(qū)域，如中子星附近區(qū)域，‘弱引力場’和‘低速運動’的條件都能很好得到滿足。廣義相對論的引力方程完全可以還原到牛頓方程。其原因就是因為在實際宇宙中，物質(zhì)引力場的強度是非常的弱。在這個條件下愛因斯坦的四維時空和牛頓的絕對時空差別幾乎可以忽略不計。光線在經(jīng)過太陽附近發(fā)生彎曲和水星近日點進動計算的相對論改正這些例子既證明了愛因斯坦時空觀的正確，但它同時也證明了，愛因斯坦的時空和牛頓的絕對時空偏離很小。光線在經(jīng)過太陽附近發(fā)生彎曲實際上只在太陽附近一個很小的區(qū)域內(nèi)有可覺察的表現(xiàn)，累計總偏離的角度也只有不到2角秒。這說明真實空間結(jié)構(gòu)只在太陽附近一個很小的區(qū)域內(nèi)發(fā)生微小的彎曲。在宇宙空間中絕大部分區(qū)域內(nèi)，四維時空仍然是平直的，光線仍然沿直線傳播。愛因斯坦的四維時空和牛頓的絕對時空偏離很小，可以忽略不計。在計算水星近日點進動的相對論改正時，水星繞太陽運動軌道的主要參數(shù)，如軌道周期﹑半長徑和偏心率，都還是要用牛頓力學(xué)首先計算出來，然后利用這些參數(shù)愛因斯坦才能計算出他的四維時空和牛頓的絕對時空的微小偏離。計算結(jié)果是，水星繞太陽運動一周，近日點的進動也只有0.1角秒。這是一個非常小的量。100年積累的結(jié)果也只有40幾角秒，不到一個角分。因此，愛因斯坦沒有，也無法否認萬有引力的存在以及牛頓絕對時空的精確性。 微波背景輻射的觀測更直接證明了，在實際宇宙中，在宇宙尺度上，宇宙的四維時空是平直的。它完全和牛頓三維絕對空間加上一維絕對時間沒有什么區(qū)別。其物理原因是，在宇宙尺度上物質(zhì)的平均密度要比太陽系中在水星軌道范圍內(nèi)物質(zhì)的平均密度還要小許多數(shù)量級。 |
7樓2010-01-23 07:40:47
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6 慣性參考系的各種定義
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6 慣性參考系的各種定義 在前面帖子中我已提到，愛因斯坦其實也是承認萬有引力的存在。也許有許多學(xué)者可能會不以為然。認為愛因斯坦在他的相對論中是不承認有萬有引力的存在。我認為這其實是一種誤解。在愛因斯坦杜撰的‘死亡電梯’例子中，愛因斯坦要說明的問題不是要證明萬有引力不存在，它要說明的問題是在自由下落的‘死亡電梯’中，‘死亡電梯’可以看成是一個‘慣性參考系’。在這個‘慣性參考系’中，牛頓定律完全成立。在‘死亡電梯’這個‘慣性參考系’中，只是地球引力不會對這個‘慣性參考系’中的物體產(chǎn)生作用。其它物體之間的萬有引力依然存在。例如，如果我們把可以測量萬有引力常數(shù)的‘卡文迪許扭秤’放到愛因斯坦的‘死亡電梯’中，愛因斯坦肯定能測量出萬有引力常數(shù)。物體受到其它力的作用時，牛頓定律也完全成立。愛因斯坦之所以杜撰‘死亡電梯’這個例子，是因為愛因斯坦對牛頓力學(xué)中無法嚴格定義‘慣性參考系’不滿意，想給‘慣性參考系’一個嚴格定義。自由下落的‘死亡電梯’就是為此而杜撰出來的。在牛頓力學(xué)中無法嚴格定義‘慣性參考系’這個問題其實在北京大學(xué)俞允強教授‘熱大爆炸宇宙學(xué)’和‘廣義相對論引論’中都有討論，被稱為‘慣性系疑難’。 愛因斯坦之所以能夠把‘死亡電梯’看成‘慣性參考系’，前提條件就是‘死亡電梯’要在地球引力作用下自由下落。自由下落產(chǎn)生的‘慣性力’把地球引力給抵消了，因此形成‘死亡電梯’內(nèi)物體近似的‘不受地球力’的環(huán)境，這樣我們才可以把‘死亡電梯’看成‘慣性參考系’。如果是普通摩天大樓中的電梯由于出了事故而快速下落，這個下落的電梯雖然有點像‘死亡電梯’，但由于各種阻力的存在，不能達到自由下落的狀態(tài)，仍然不能被看成是‘慣性參考系’。 值得一提的是，在相對論吧有人提到，伽利略為了解釋行星運動，曾認為勻速圓周運動才是慣性運動，勻速直線運動總會閉合為一個圓。對伽利略是否有過這個說法我還沒有進行過考證。假設(shè)伽利略確實有過這個想法，雖然它和牛頓力學(xué)相矛盾，但我認為伽利略的這個想法卻和愛因斯坦的‘死亡電梯’有‘異曲同工’之處。行星繞太陽作準圓周運動，由于行星繞太陽這個準圓周運動會產(chǎn)生的離心力和太陽對行星的引力相抵消，形成行星附近區(qū)域物體近似‘不受太陽引力’的環(huán)境，因此我們可以把這個行星所處的附近一個小區(qū)域近似看成是‘慣性參考系’。我們之所以能夠在日常生活中把地球看成是一個‘慣性參考系’，不考慮太陽引力對我們?nèi)粘Ｉ畹挠绊�，其物理基礎(chǔ)就在于此。但地球?qū)λ浇矬w的萬有引力依然存在，這就是物體的重力。這如同我們把可以測量萬有引力常數(shù)的‘卡文迪許扭秤’放到愛因斯坦的‘死亡電梯’中，愛因斯坦肯定能測量出萬有引力常數(shù)一樣。同理，人造衛(wèi)星繞地球運動，人造衛(wèi)星內(nèi)物體所受的離心力和地球引力相抵消，形成人造衛(wèi)星內(nèi)所有物體不受地球引力作用的環(huán)境，這樣人造衛(wèi)星也可以看成是一個近似的‘慣性參考系’。宇航員在人造衛(wèi)星中是感覺不到地球?qū)λ麄兊囊ψ饔枚幱谑е貭顟B(tài)。這也是為什么在翟志剛走出宇航艙時要用一根繩子把自己和宇航艙聯(lián)結(jié)在一起。否則，只要他一不小心輕輕碰一下宇航艙，牛頓定律將會把他送到宇宙空間中他不想去的其它地方，從而沒有辦法再回到宇航艙中來。 繞一個中心旋轉(zhuǎn)的物體可以產(chǎn)生離心力這個特性是肯定的。例如，在建造空間站時，為了克服失重狀態(tài)對長期生活在空間站宇航員的工作生活帶來的不便，科學(xué)家曾設(shè)想讓空間站旋轉(zhuǎn)起來，利用旋轉(zhuǎn)運動產(chǎn)生的離心力起到人造重力的效果，以方便長期生活在空間站的宇航員的生活和工作。 伽利略這個想法可以推廣到宇宙的其它層次結(jié)構(gòu)‘慣性參考系’的建立。例如，整個太陽系受到銀河系中心的吸引力，但整個太陽系又繞銀河系中心作準圓周運動。這個準圓周運動所產(chǎn)生的離心力和銀河系中心的吸引力相互抵消。因此，太陽系中心可以看成是一個‘慣性參考系’。這就是‘日心說’能夠站住腳的物理基礎(chǔ)。由于在實際宇宙中，宇宙物質(zhì)分布的層次結(jié)構(gòu)，每個層次的‘慣性參考系’都只能是一個近似的‘慣性參考系’。在把地球看成是一個‘慣性參考系’時（地心說），雖然對地球附近區(qū)域這個近似有很高的精度，但對遠離地球的其它行星，這個近似就無法維持。這和‘死亡電梯’這個近似‘慣性參考系’一樣，它只對‘死亡電梯’內(nèi)的物體有效，對‘死亡電梯’外的物體運動它就不能再被看成是‘慣性參考系’。這就是為什么‘地心說’后來要被‘日心說’所取代的物理原因。同理，如果我們把觀測的時間和空間的范圍再擴大，則‘日心說’就要讓位給‘銀心說’。在我們可觀測的宇宙范圍內(nèi)，微波背景輻射是我們目前能夠得到的最好的‘慣性參考系’。它能夠測量出我們銀河系中心在宇宙空間中的運動。 |
8樓2010-01-26 06:27:33
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7 答陳學(xué)雷先生
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7 答陳學(xué)雷先生 2009-12-26陳學(xué)雷先生在‘科學(xué)網(wǎng)博客’上發(fā)表了一篇文章題目為‘宇宙再電離’后， （地址： http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=281603） 我先后在陳學(xué)雷先生文章的評論欄中發(fā)表了三條評論。陳學(xué)雷先生已回復(fù)了兩條評論。這些評論和回復(fù)見附件。我認為陳學(xué)雷先生在[6]中給我的回復(fù)中關(guān)于‘自由程’的計算完全錯誤。我無法理解陳學(xué)雷先生的計算是否代表了中國宇宙學(xué)界對這個問題的看法。希望中國宇宙學(xué)界權(quán)威人士能為我解惑。特別是：景益鵬先生，武向平先生。 附件：我對陳學(xué)雷先生文章的三條評論和陳學(xué)雷先生的回復(fù) [5] 標題： 發(fā)表評論人：twxz [2009-12-28 15:49:19] ‘在我們今天的宇宙中，星系際介質(zhì)里的氣體是高度電離的。這之間，宇宙經(jīng)歷了從中性到電離的一個非常重要的演化階段——再電離’�？墒恰⒉ū尘拜椛涫怯钪娲蟊ǖ倪z跡’則假設(shè)在宇宙演化過程中沒有再電離過程。否則，微波背景輻射的光子和物質(zhì)（高度電離的氣體）無法退耦。您是如何理解這個矛盾？ 博主回復(fù)：鄭先生：我已經(jīng)多次向你解釋過，微波背景輻射作為宇宙大爆炸的遺跡與再電離根本沒有任何矛盾，之所以叫“再電離”，就是因為退耦以后又一次電離。而且由于密度降低，再電離以后輻射與物質(zhì)仍然是非耦合的。這不是現(xiàn)在新做的修正，而是從微波背景輻射理論一提出，最早的理論就是這樣的。這個矛盾完全是你自己的誤解。 [6] 標題： 發(fā)表評論人：twxz [2009-12-31 15:36:24] 陳學(xué)雷先生，您好！很高興您能回答我的問題。因為科學(xué)網(wǎng)仍然關(guān)閉我在科學(xué)網(wǎng)上發(fā)表博客的功能，我只能作閱讀和評論。由于評論有長度限制，我只好把我對這個問題的看法發(fā)表在其它網(wǎng)站上。這些網(wǎng)站有：小木蟲，學(xué)問社區(qū)，國科社區(qū)-國家科技成果網(wǎng)，新浪博客。題目是‘XMM-牛頓衛(wèi)星敲響了宇宙大爆炸理論的喪鐘’請批評指教。 博主回復(fù)：你的問題是不懂什么叫退耦。如果光子與普通物質(zhì)粒子（電子）散射的平均自由程遠遠大于哈勃尺度的話，光子的演化就基本不受普通物質(zhì)的影響，這時它就從普通物質(zhì)中退耦了。在紅移一千多的時候由于等離子體復(fù)合，自由電子迅速減少，氣體變成透明的，這是通常所說的輻射退耦。已經(jīng)退耦之后由于某種原因再發(fā)生耦合原則上也是可能的，不過實際上這并沒有發(fā)生。宇宙在紅移10再電離，由于這時氣體已經(jīng)比紅移1000時稀疏了(1000/10)^3=10^6倍，而哈勃尺度只增加了(1000/10)^(3/2)=10^3倍，因此自由程仍然比哈勃尺度大很多。你連這些基本概念也沒搞清，就要“批判”，只能說是笑話。 [7] 標題： 發(fā)表評論人：twxz [2010-1-26 16:43:33] 陳學(xué)雷先生，您好！很高興您能回答我的問題。不過對您的回答我有幾個問題不明白，請批評指教。 1． 您的哈勃尺度是什么概念？是不是哈勃距離，或者哈勃半徑？ 2． 您在計算自由程變化時，為什么只考慮氣體密度的變化，而不考慮氣體在再電離時由于電離度的變化產(chǎn)生的自由電子密度變化？您考慮的可是光子與自由電子散射的平均自由程！您所提到的氣體變成透明的原因是因為自由電子迅速減少所導(dǎo)致的。 另外，我對您的‘宇宙再電離’的具體評論請看可觀測的宇宙----13答陳學(xué)雷先生---宇宙再電離和微波背景輻射 地址：http://blog.51xuewen.com/zyjblog/article_22888.htm |
9樓2010-01-28 07:09:42
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