弯道超越----我国学者杨见在宇宙学和天体物理学里的去伪存真

何玉华 原创 | 2018-09-20 16:27 | 收藏 | 投票
关键字:地球增长 物质产生 

  我国学者杨见亮通过修改爱因斯坦引力场方程,在吸取大爆炸宇宙学和稳恒态宇宙学及平行宇宙理论的合理成分后在更高的层次上重构现代宇宙学基础,一揽子解决了长期困扰该领域进展的诸多困难,同时揭露了近二十多年来出现的一些伪进展及方向性错误。新的理论体系逻辑上更严密,结构上更合理,把大范围的时空结构和小范围的物理现象有机地联系起来,统一地古今一致地解释自然现象,大大加深了人们对宇宙的认识,对今后的天体物理及地球物理的研究具有重要的指导意义。

  目前的大爆炸宇宙学不能合理地解释星系及天体的形成,逻辑上可谓千疮百孔,其伪科学性越来越明显。杨见亮通过修改爱因斯坦引力场方程对大爆炸宇宙学进行了带根本性的改造,不仅完善了广义相对论的理论框架而且大大拓宽了其实际用途。修改后的场方程保留了原方程的简洁和优美,自动包含暗物质暗能量效应,不需另作假设。不像以往的修改那样,只顾迎合宇宙学观测需要,随意往场方程里添加或去掉项目,不仅使推理失去科学意义而且破坏了其协变性,更为严重的是在球对称的弱场里回不到牛顿引力定律,失去了作为引力场方程的前提。改造后的宇宙学理论摈弃大爆炸宇宙学里的物质瞬间创生观念,接受稳恒态宇宙学理论的连续创生思想,能更好地解释和联系观测事实。新理论显示不仅星系之间的空间在膨胀,星系本身也在按同样比例膨胀,宇宙的密度保持不变,新物质在天体内连续生成,如太阳和地球之间的距离在不断加大的同时其本事也在增大,太阳越来越亮,地球越来越热。太阳的越来越亮确是事实,但并不为目前的大爆炸理论所解释。按照目前的大爆炸理论宇宙的温度是越来越低的,太阳温度也只能越来越低,如果说是引力收缩使太阳变得更亮,那么其它天体也应如此,必然导致整个宇宙物质的温度越来越高,与大爆炸的基本假设相矛盾。新理论恰当地解释了最近观测到的太阳系内的引力反常,如考虑了潮汐后月球仍有不明原因的后退运动,日长变化与潮汐理论预言的不符,及地球的膨胀等。新理论进一步揭示出时空和物质是不可分割的同一体,时空的连续膨胀就是时空的连续创生,承认时空的连续膨胀必然要求承认物质的连续创生,否则就是把时空和物质独立看待,仍属于绝对时空观。目前的大爆炸理论只承认时空的连续膨胀不承认物质的连续创生,就是把时空和物质割裂开来,接受大爆炸的密度无限大温度无限大的奇点是认为物质可以不需要空间而独立存在的必然,是把物质和时空割裂开来的另一情形,都属于形而上学的绝对时空观,当然是错误的。事实上,如果空间可以脱离物质而存在,那么就有不需要空间的物质存在,宇宙里将不乏密度无限大温度无限高的奇点,这显然不符合实际。新理论也揭示出平直时空中的物理规律,即我们平时所用的各种守恒定律,都是人们在短时间和小范围内的认识,推广到大时间或大范围必然要作相应的修正,因为真实的宇宙时空是弯曲的,平直不过是局部近似而已,因此人们对客观世界的局部认识必然是近似的。 归纳起来,杨见亮改造后的宇宙学理论大致还有以下几个特征:

  1)宇宙尺度因子成为R(t)=Csinkt,是时间的正弦函数。它表明宇宙的膨胀和收缩循环往复,上一轮收缩的结束就是下一轮膨胀的开始。尽管此时刻宇宙尺度因子为零也即宇宙的体积为零,但此后的视界却是无限的。由于任何测量都是在一个时间段内完成的,因此宇宙任何时候看上去都是无限的。由于空间能够从零瞬间变成无限大,所以在每一轮膨胀的开始就是一个名副其实的大爆炸,不需另添暴涨就能自动消除视界困难,因此改造后的宇宙学不妨仍叫大爆炸宇宙学,不过此大爆炸时刻的天体和星系的质量及温度为零,整个宇宙的温度当然为零,不存在所谓的密度无限大温度无限大的奇点。尔后随着宇宙的继续膨胀,天体和星系逐渐增大,温度逐渐上升,我们今天看到的宇宙是从黑暗中逐渐光明起来的。天体或星系的质量随时间变化满足dm=3Hmdt,半径变化满足dr=Hrdt, 温度变化满足dT=1.2HTdt, H=dR/Rdt 是随时间变化的哈勃参数,根据其今天的质量和半径可确定过去和将来的质量和半径的变化,也可决定其温度和亮度的变化,如27亿年前地球温度是零下40度,气压减半,太阳亮度为今天的百分之十,总之今天是了解过去和认识将来的钥匙。目前的宇宙正处于最近一轮循环的膨胀阶段,星系或天体正在增大,温度越来越高,天空正在变得越来越亮。

  2)修改后的场方程天体内压强P的求解是负的,近似于密度的负值,自动提供了物质在天体内连续生成的热力学机制,即dm+Pdv=0, 表明天体随宇宙膨胀而膨胀时质量也在增加,天体质量的增加可看成时空膨胀力做功的结果,与能量守恒定律并非矛盾。对于目前的地球,质量一年增加一万二千亿吨,半径膨胀0.5毫米,煤和石油与土和石是地球平等地生成的,而且一直在生成,越往地心可利用的能源越多。因时空膨胀,目前的日地距离一年增大10米左右,月地距离一年则增大2.7厘米,正好是考虑潮汐后月球多余的后退距离,月球后退的观测距离是4厘米。由于这一负压强兼具应力和暗物质及暗能量的综合效应,因此场方程用于宇宙时减少了两个宇宙学参数,使推理结果更加确定和可靠。

  3)尽管时空膨胀使星系或天体在增长,但不改变其自转或公转周期,行星绕恒星或绕中心的运转的演变过程就像用放大镜看到的那样,不仅轨道在放大,速度也跟着放大,但周期不变,也是时空膨胀力做功的结果。实际测到的天体的自转或公转周期的变化与时空膨胀无关,应归之于潮汐和其它微扰效应,多数情况可以忽略不计。时空膨胀是星系形成和演化的基本动力,星系若干年后的样子就是今天用放大镜看到的样子,一切都在同步放大,这就是星系形成即演化的基本过程,这个过程永远处于进行时。目前主流的星系形成研究集中体现在试图说明宇宙如何从一个混沌的无序热运动状态演变成今天清晰有序的机械运动状态,注定是要失败的,因为从原理上说这种努力违背热力学第二定律。哈勃参数是宇宙时空弯曲的度量,时空膨胀和时空弯曲互为前提,时空膨胀包括空间和时间的同时创生。时空是连续的,那种只承认星系之间的空间在膨胀不承认星系内的空间也在膨胀的观点是荒谬的,逻辑上是站不住脚的。较早的天文学家显然对今天正在进行的变化很不熟悉,更不理解宇宙膨胀和星系形成是一回事,然而他们竟没有意思到自已的知识浅薄到何种程度,用不健全的知识推测星系形成的可能原因,而不去考虑星系形成的真正原因。

  4)与目前的大爆炸理论类似,新理论把微波背景辐射解释作极远处的不可分辨的星体发出的光子红移后在我们仪器上的综合反应,但不认为来自同一球面,即不认为存在所谓的最后散射面。像肉眼往远处最终看到的天幕一样,背景辐射就是仪器看到的远处的天幕,其均匀性不表示发光物质处于同一球面。频率越低的背景光子各向异性越小,是因为其光源更远,反映的是宇宙里的物质越接近膨胀开始时刻即大爆炸时刻分布越均匀的事实。宇宙物质构成极其稀薄的无限深的气体,相当于一空腔,从其发来的光自然具有黑体谱。尽管新理论仍然认为大爆炸后宇宙物质处于星云状态,但其粒子不是通过逐渐聚集形成今天的星系而是在散开的同时逐渐增长形成今天的星系,这与原来观点截然不同。按照新理论,今天宇宙在大范围表现出的均匀性正是以前小范围内的均匀性的放大,愈接近膨胀的开始星系愈小距离愈近直至为零,宇宙微波背景辐射诠释的正是这种图景。

  5) 宇宙膨胀是减速的。这几乎就是循环宇宙的直接结论,因为在循环宇宙里膨胀过程只能是减速的,而收缩过程则是加速的,否则膨胀过程就不能连续地过度到收缩过程,反之也然。新导出的距离红移关系与测到的远处星体的距离和红移数据完全吻合,拟合出的减速参数仍是正值,也显示宇宙是减速膨胀的。新理论的高度自洽使我们有理由相信它的结论是正确的,而加速膨胀论的错误在于其理论依据或推断过程的错误,观测数据即测出的远处星体的距离和红移还是值得信赖的。对于星系或天体来说,在宇宙的收缩过程是同步减小的,由于dS=dQ/T=dm+PdV=0,它表明星系或天体在演变过程是等熵的,因此其缩小过程是其增长过程的逆过程,这正是宇宙无限循环的必然要求。另外,循环宇宙也是时空无限性的必然,只膨胀或只收缩的宇宙不能存在于无限时空,因为无限时空已经历了无限长时间,只膨胀或只收缩的宇宙早已膨胀或收缩到了极端,宇宙不是今天的样子,实际上就是不能存在。因此,循环宇宙自然消除了时间的无起点和观测上星系寿命存在上限的矛盾,是唯物哲学的进步。

  6)物质的连续生成不是无中生有。这里所说的物质创生是和时空膨胀紧密联系着的,是物质和空间的同时生成,并非先有空间后有物质,或者先有物质后有空间。因此,根本不是通常所说的无中生有,通常所说的无中生有是在现有的空间里物质逐渐生成,如果把这里所说的物质创生理解作通常所谓的无中生有那将是最大的误解。通常所说的无中生有是形而上学的观念,本质上仍然认为时空和物质是可以相互独立存在的。广义相对论虽然揭示了时空和物质是不可分割的整体,但能够深刻理解,始终如一的贯彻下去并非易事,必须彻底检讨世界观。

  7)物质连续产生的量子机制。物质连续产生的量子机制已超出了广义相对论的处理范围,属于另外课题,但受新旧物质依赖关系dm=3Hmdt的启发,新理论仍给出物质产生的粒子分裂机制,即时空膨胀力克服粒子内力做功把一个粒子拉开为两个等同的粒子,同时真空失去等量能量,该处的真空能由零变成负值,这体现在天体内的压强和密度之和为零上。如核内的中子分裂核内就多了一个中子,中子然后衰变成质子形成新元素,放出能量,随着核内质子数或中子数的逐渐增多,核变得不稳定,重元素衰变或裂变成轻元素,放出能量,最终轻元素和重元素处于动态的平衡状态,各元素的比例由环境温度和核结构的稳定性共同决定。这种机制能很好地说明天体内持续而稳定的能源供给,也能说明放射性元素为啥能够长期稳定存在,也能说明为啥地表的重元素不沉入地下和地下的轻元素为啥不漂浮到地表。按照目前的大爆炸理论,各种元素在大爆炸后不久就形成了,时至今日放射性元素早已放射完毕,地表的重元素早已沉入地下而地下的轻元素早已漂浮到地表,显然这些都违背事实。尽管如此,新理论给出的物质生产量子机制仍然是粗糙的需要完善的,可以说还是一个开放问题。

  8)物质可以消失。宇宙的膨胀是其收缩的逆过程,物质的创生是其消失的逆过程,随着宇宙的收缩物质也在不断的消失,天体或星系不断地减小。原则上通过压缩可以使物质消失,但通常的压缩并没使物质占据的空间真正减少,只是中子质子靠近些,还没有触及中子质子本身的变化,因此在通常的实验中没有发现物质消失现象。但当压力达到触及质子中子大小时可以使物质消失。作为量级估计,若核子半径是10的负15次方米,质量是10的负27次千克,那么核子能量密度为10的34次方焦耳,因此当对物质施加压力达10的34次方帕斯卡时,物质可以消失,这给彻底消灭垃圾提供了可能,但是如何实现这么大的压力确实是一个挑战。

  9) 是现实主义和辩证唯物主义的完美结合。  天文观测对象一般是比较遥远的,存在观测结果的不确定性和现象解释的多重性或异议性等突出问题,随便提出一个宇宙学理论总能找到理由说明它与某项或某几项观测一致,因此衡量宇宙学理论的对错不在于它能解释某个观测或某几项观测,而是原则上能够解释该领域所有观测到的自然现象,无论远的和近的,更重要的是理论自身能够自洽,也就是说能够前后一致的解释观测到的所有现象,不得顾此失彼或半路上增添新的假设。只有真实反映事物内在联系的理论,才能做到自洽,才能够使所有观测到的结果形成支持理论本身的证据链,而那些与理论不一致的个别观测结果尤其是远处的观测应视为错误或需要进一步观测,从而实现理论对实践的指导和纠错的作用,那些无原则地跟着观测反复修改的理论毫无价值。近处的观测对检验理论的对错起至关重要的作用,因为越近越可靠,现象解释越具有唯一性,宇宙学理论是否扎实可靠就看它在太阳系甚至在地球上得到的验证如何。对远处现象的解释只有和近处现象的解释统一起来即用同一的物理才是值得信赖的,除此再没有别的判别标准,那些只解释远处不解释近处现象的理论或假说十之八九是伪科学。对过去现象的解释也如此,只有采用古今一致的观点解释过去才有意义,单独发明理论即用今天不起作用的物理去说明过去没有任何可信赖的基础,而那些发明理论(如所有量子引力理论及各种弦论圈论等)试图描绘一个虚拟的或莫须有的事件如大爆炸奇点不仅毫无意义简直就是荒唐-----这等同于用两个莫须有相互作证。事实上,坚持古今一致远近一致的观点考察世界正是宇宙无中心时间无始终的客观要求,并非人为的苛刻,它是使宇宙学研究不至于过度偏离唯物主义道路所必须坚守的准则。以上是杨见亮改造旧理论所秉持的基本理念,与地质学家赖尔当年改造地质学所秉持观念完全类似。赖尔曾批评当时流行的五花八门的唯心地质理论:“没有一种教义比古今变化不一致的假说更适宜于培养人类的惰性和压抑人类的好奇心了”,“他们只专心于揣摩古代自然现象可能是这样,而不去考察自已时代的自然法则”。今天的宇宙学处境与当年的地质学处境惊人相似,各种唯心主义宇宙学说泛滥,理论研究严重脱离实际,这种状况如不能改变,科学就不能真正的进步,更谈不上造福人类。杨见亮改造后的理论是根据现在推测过去和将来的,可谓现实宇宙学,能实实在在地指导实践,对物理学的其它分支必将产生重大影响,有兴趣全面了解其细节的读者可参考杨见亮的论文:

  《Modification of gravitational field equation and rational solution to cosmological puzzle》  http://www.academicjournals.org/journal/IJPS/article-abstract/E45ED6023633

  更系统的论述可看《Modification of Field Equation and Return of Continuous Creation----- Galaxies Form from Gradual Growth Instead of Gather of Existent Matter 》  https://www.arcjournals.org/pdfs/ijarps/v3-i8/2.pdf,

  中文《基于场方程修改的新稳恒宇宙论-----兼批大爆炸宇宙学》,《考虑时空膨胀的有心运动》,《星系是逐渐增长形成的而非大爆炸后物质的聚集》等,

个人简介
何玉华,女,1964年生,84年毕业于华东师范大学,此后在郑州大学技术物理系任教,擅长偏微分方程和微分几何,研究方向为理论物理,包括引力理论和宇宙学,粒子物理等领域,在国际上发表论文数篇,现协作杨见亮先生改造大爆炸宇…
每日关注 更多
何玉华 的日志归档
[查看更多]
赞助商广告