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評宇宙大爆炸理論的數(shù)學(xué)根據(jù)
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評宇宙大爆炸理論的數(shù)學(xué)根據(jù) 在現(xiàn)在的宇宙學(xué)研究中，不可否認(rèn)宇宙大爆炸理論已為大部分學(xué)者所認(rèn)可，因此也為大部分公眾所熟悉，成為宇宙學(xué)領(lǐng)域的主流理論。但這并不說明宇宙大爆炸理論已經(jīng)是完美的理論，完全可以解釋我們現(xiàn)在所觀測到的天文現(xiàn)象。恰恰相反，引進(jìn)暴漲理論，提出暗物質(zhì)和暗能量概念，這些都說明宇宙大爆炸理論現(xiàn)在已經(jīng)遇到許多無法克服的危機(jī)，需要借助虛構(gòu)的概念和沒有根據(jù)的假設(shè)來進(jìn)行修補。只是理論物理學(xué)家和宇宙學(xué)家都還不愿意承認(rèn)這個事實罷了。出現(xiàn)這種情況的原因是多方面的。既有學(xué)術(shù)方面的原因，也有非學(xué)術(shù)方面的原因。非學(xué)術(shù)原因我現(xiàn)在先不討論。下面我只討論宇宙大爆炸理論中的數(shù)學(xué)根據(jù)。 宇宙大爆炸理論的建立確實是用到了廣義相對論引力方程，但宇宙大爆炸理論并不是廣義相對論引力方程成立的必然結(jié)論。因為廣義相對論引力方程在數(shù)學(xué)上很難對直接求解，因此要對它求解首先必須引進(jìn)某些假設(shè)來簡化它。目前主要的簡化假設(shè)有兩個：愛因斯坦的宇宙學(xué)原理假設(shè)和俞允強(qiáng)教授的‘球?qū)ΨQ的引力場’假設(shè)。不管引進(jìn)這兩個簡化假設(shè)中的那一個，廣義相對論引力方程都可以得到三個類型的解。而且這三個類型的解和用牛頓力學(xué)方程得到的三個類型解是完全一致，都是合理的解，在宇宙中都有可對應(yīng)的例子。只有在所應(yīng)用的天體系統(tǒng)中出現(xiàn)了‘高強(qiáng)度引力場和高運動速度’情況時，這些解的相對論的效應(yīng)才顯現(xiàn)出來。只有在這種情況下，才需要對用牛頓力學(xué)方程得到的解，進(jìn)行相對論修正。實際宇宙中出現(xiàn)這種情況并不是普遍現(xiàn)象，所以牛頓力學(xué)為基礎(chǔ)的天體力學(xué)在天文研究中現(xiàn)在仍然具有旺盛的生命力。 引力方程三個類型解是：‘束縛態(tài)’，‘散射態(tài)’和‘吸收態(tài)’。其中束縛態(tài)類型解，就是愛因斯坦所偏愛的‘穩(wěn)定宇宙解’。這個類型解是在宇宙學(xué)原理假設(shè)的基礎(chǔ)上，宇宙學(xué)常數(shù)取不為0的數(shù)值時由愛因斯坦自己得到。宇宙學(xué)常數(shù)為0時的解，則是后來由弗里德曼首先得到的。它有‘散射態(tài)’和‘吸收態(tài)’兩個類型解。從數(shù)學(xué)上考慮，宇宙學(xué)常數(shù)只不過是在解引力方程過程中的一個積分常數(shù)，因此它可以取任意值。不同的積分常數(shù)對應(yīng)不同類型的解。有不同的運動狀態(tài)的天體系統(tǒng)是被不同類型的解所描述。因此廣義相對論引力方程在宇宙學(xué)原理假設(shè)下，數(shù)學(xué)上是有三個類型解，而且這些解物理上也都是合理的解。并不是只能有一個和宇宙大爆炸理論相對應(yīng)的‘散射態(tài)’類型解。由于愛因斯坦最初堅信宇宙是穩(wěn)定的，所以他認(rèn)為宇宙學(xué)常數(shù)應(yīng)當(dāng)有不等于0的數(shù)值。我不知道愛因斯坦當(dāng)時是對宇宙學(xué)常數(shù)為0的方程不會求解，還是根本就沒有考慮要去解宇宙學(xué)常數(shù)為0的方程。從數(shù)學(xué)上看弗里德曼只不過是在宇宙學(xué)原理假設(shè)下，把廣義相對論引力方程中宇宙學(xué)常數(shù)取為0時的方程給解了出來。它只是填補了愛因斯坦所遺漏的另外兩個類型解。北京大學(xué)俞允強(qiáng)教授在引進(jìn)更符合實際情況的‘球?qū)ΨQ的引力場’假設(shè)后，可以直接從廣義相對論引力方程得到所有三種類型的解。根據(jù)俞允強(qiáng)教授的推導(dǎo)以及和牛頓力學(xué)方程解比較，我們可以看到，三種類型解對應(yīng)的積分常數(shù)是由天體系統(tǒng)中能量和角動量這兩個參數(shù)的數(shù)值確定。在廣義相對論引力方程用宇宙學(xué)原理簡化后得到的方程中，如果把宇宙學(xué)常數(shù)和天體系統(tǒng)的角動量聯(lián)系起來，它同樣可以回歸到牛頓力學(xué)運動方程。這一點我已經(jīng)在‘試解宇宙學(xué)常數(shù)之謎’的博文中討論過。宇宙學(xué)常數(shù)為0相當(dāng)于這個天體系統(tǒng)的角動量為0。當(dāng)天體系統(tǒng)的角動量為0時，單個天體在引力作用下，當(dāng)然只能膨脹或塌縮。到底是膨脹或塌縮，這取決于這個天體的能量值。 我的‘試解宇宙學(xué)常數(shù)之謎’博文地址： http://blog.51xuewen.com/zyjblog/article_15651.htm 廣義相對論引力方程的三個可能類型的解，可以描述宇宙中三種不同類型運動狀態(tài)的天體系統(tǒng)。天體系統(tǒng)的運動狀態(tài)到底應(yīng)該用哪一個解來描述，這由天體系統(tǒng)的能量和角動量這兩個參數(shù)值確定。宇宙各個層次中穩(wěn)定的成團(tuán)結(jié)構(gòu)天體系統(tǒng)，對應(yīng)于‘束縛態(tài)’類型解，它們是宇宙中最普遍存在的天體運動狀態(tài)。而‘散射態(tài)’和‘吸收態(tài)’這兩個類型的解，則只和宇宙中某些天體演化過程中某個階段的運動狀態(tài)相對應(yīng)。如恒星演化過程中新星和超新星爆炸階段，對應(yīng)的是‘散射態(tài)類型’解；而恒星演化階段中的吸積過程對應(yīng)的則是‘吸收態(tài)類型’解。因此，不論從數(shù)學(xué)上還是從宇宙的實際情況來看，宇宙大爆炸理論都不應(yīng)當(dāng)看成是廣義相對論的引力方程唯一可能的解。宇宙大爆炸理論并不是廣義相對論引力方程成立的必然結(jié)果。 否認(rèn)其它類型解的存在，把反對宇宙大爆炸理論和反對相對論相提并論，我認(rèn)為有‘拉大旗作虎皮’的嫌疑。是想利用愛因斯坦的科學(xué)威望以達(dá)到壓制不同意見的效果。遺憾的是許多學(xué)者和有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)似乎沒有看透這其中的奧秘。 宇宙大爆炸理論之所以能夠為大部分學(xué)者所認(rèn)可，關(guān)鍵在于哈勃定律被認(rèn)為是宇宙膨脹的直接觀測證據(jù)。而把哈勃定律認(rèn)為是宇宙膨脹的直接觀測證據(jù)的關(guān)鍵是，把用于建立哈勃定律的星系紅移看成只能用多普勒效應(yīng)加以解釋。因此要推翻宇宙大爆炸理論的關(guān)鍵就是必須提出一個站得住腳的非多普勒紅移機(jī)制來解釋哈勃定律。 |
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