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[分享] 宇宙大爆炸:最大的科学真理,还是最大的科学谎言?

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发表于 2015-8-3 13:53:59 | 显示全部楼层 |阅读模式
宇宙暴胀的核心漏洞
撰文:保罗·斯坦哈特
翻译:虞骏
三十年前,仍在美国斯坦福直线加速器中心(Stanford Linear Accelerator Center)苦苦奋斗的物理学博士后艾伦·H·古思举办了一系列讲座,把“暴胀”(inflation)一词正式引入了宇宙学大辞典。这个术语指的是短时间内突然爆发的一场极度加速的膨胀,古思认为,这样一场暴胀在大爆炸后的最初一瞬间发生过。其中一场讲座在美国哈佛大学举办,我当时是哈佛大学的一名博士后,立刻就被古思的理论迷住了,从那时开始,我几乎每天都在思考这个问题。我的许多从事天体物理学、引力物理学和粒子物理学的同事,也同样痴迷于这个想法。时至今日,对宇宙暴胀理论的发展和检验已经成了科学研究中最活跃、最成功的领域之一。
提出暴胀的目的,是为了填补最初的大爆炸理论留下的一块空白。大爆炸的基本概念是,宇宙自大约137亿年前诞生以来,一直在缓慢膨胀并逐步冷却。这种膨胀和冷却的过程解释了今天宇宙中能够看到的许多细致特征。它必须极其均匀,在物质和能量分布上只存在极其细微的差异;宇宙在几何上还必须是平坦的,这意味着空间结构的弯曲和翘折不会弯折光线和物体运动的路径。
但是,原始宇宙为什么会如此均匀、如此平坦?照理说,这样的初始条件似乎不太可能出现。此时,古思的想法就该登场了。他主张,就算宇宙初始时完全是一片混乱——能量分布极不均匀,几何形状也比麻花还乱,一场爆发式的极度膨胀也能把能量分散均匀,并抚平空间中存在的任何弯曲和翘折。等这段暴胀期结束后,宇宙又会像最初的大爆炸理论所说的那样,以更加成熟稳健的步伐继续膨胀,只不过此时的宇宙已经具备了合适的条件,能够演化出今天我们在宇宙中看到的恒星和星系了。
这个想法如此令人信服,以至于连我在内的宇宙学家在向学生、记者和公众描述暴胀时,都习惯于把它当成一个已经确定的事实。然而,在古思提出暴胀以来的30年里,一些古怪已经出现在了这一理论之中。支持暴胀的论据变得越来越有力,反对暴胀的论据也同样如此。双方的论据在公众中的普及程度并不相同:支持暴胀的证据更为广大物理学家、天体物理学家和科学爱好者所熟悉。令人惊讶的是,反对暴胀的论据似乎无人问津,只有我们这一小群人一直在默默努力。想要解决这些难题,大多数天体物理学家都致力于检验教科书上暴胀理论作出的预言,而不去担心更深层次上存在的这些问题,他们希望这些问题最终会得到解决。遗憾的是,尽管我们已经尽了全力,这些问题却至今无解。
作为既给暴胀理论添过砖、也为反对它的理论加过瓦的科学家,我觉得自己要被撕裂了:而且我感受得到,许多同事也不确定该拿反对暴胀的论据如何是好。为了生动地讲述我们面临的古怪困境,我会把暴胀宇宙学放在审判席上,提出处于两个极端的两种观点。首先,我将扮演暴胀理论的狂热支持者,介绍这一理论最强有力的优势;然后,我会摇身变成同样狂热的反对者,介绍它所面临的最严重的未解难题。
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发表于 2015-8-14 22:07:26 | 显示全部楼层
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 楼主| 发表于 2015-8-16 07:25:58 | 显示全部楼层

支持暴胀
暴胀不可避免,能够解释宇宙为何如此均匀和平坦,而且它的预言也已经被诸多观测所证实。
暴胀已经广为人知,所以支持它的论据可以一笔带过。不过要完全理解暴胀的优势,一些细节就不得不提。暴胀依赖于一种被称为暴胀能(inflationary energy)的特殊成分,这种能量与引力携手,能够在短短一瞬间推动宇宙从微观尺度膨胀到宏观尺度。这种暴胀能的密度必须非常大,而且必须在暴胀期间几乎保持不变。它的所有性质中最不寻常的一条是,它的引力必须相互排斥,而非相互吸引。正是这样的排斥力,导致空间急剧膨胀。
为古思的想法锦上添花的是,理论学家已经为这种能量确定了许多可能的来源。一种主流观点认为,这种能量来源于一个假想的、类似于磁场的标量场(scalar field)——在暴胀这个特例中,该标量场又被称为暴胀场(inflation field)。著名的希格斯粒子(Higgs particle)则是另一个标量场的产物,如今日内瓦附近欧洲核子研究中心的大型强子对撞机(Large Hadron Collider)正在搜寻它的踪迹。
跟所有的场一样,暴胀场在空间每一点上都有一个特定的强度,决定了会有什么样的力施加在自身和其它场上。在暴胀过程中,暴胀场的场强在所有地方几乎都是常数。场中也会蕴含一定的能量,具体取决于场强的高低——物理学家把这种能量称为势能(potential energy)。场强与能量的关系可以用一张曲线图来描述。对于暴胀场,宇宙学家假设这条曲线看起来就像一张地形剖面图,仿佛坡度平缓的高原上出现了一个山谷。如果暴胀场最初的场强对应于高原上的某一点,场强和能量就会逐渐降低,好像沿着山谷往下滑一样。实际上,描述这一过程的方程跟描述一个小球在相同形状的地形上往下滑的方程是一样的。
暴胀场的势能致使宇宙加速膨胀。这一过程可以平滑宇宙,也就是把宇宙变得均匀和平坦,前提是暴胀场在高原上停留足够长的时间(大约10的负30次方秒),把宇宙朝着各个方向拉伸至少10的25次方倍。当暴胀场抵达高原尽头,迅速滑向能量山谷底部时,暴胀就结束了。此时,势能转变成了我们更熟悉的能量形式——也就是今天充斥在宇宙之中的暗物质、炽热的普通物质和辐射。宇宙进入了一段成熟稳健期,开始减速膨胀,物质也在减速膨胀过程中组装出了宇宙中各种各样的结构。
暴胀平滑宇宙的过程,就好像拉扯一块塑料布并抚平它表面的褶皱,但这件事情并没有做到完美。宇宙中仍有一些微小的不平整被保留下来,因为这涉及量子效应。根据量子物理法则,暴胀场的场强不可能在空间各处都完全一样,而是会出现随机涨落。这些涨落导致暴胀在空间不同区域的结束时间略有差异,导致这些区域被加热达到的温度也稍有不同。这些空间上的差异成为了种子,最终演化出了恒星和星系。暴胀理论有一个预言:这些差异几乎是尺度不变的(Scale-invariant)——换句话说,这些差异跟空间区域的大小无关;它们在所有尺度上都以相同的幅度出现。
支持暴胀的论据可以归纳成三句话。
第一:暴胀不可避免。自从古思提出暴胀以来,理论物理学上取得的进展不断巩固了这样一个假说——早期宇宙中据信包含能够推动暴胀的场。成百上千个这样的场,出现在了以弦论(string theory)为代表的物理大统一理论中。在一片混乱的原始宇宙,肯定会有某个这样的场在空间中的某个区域达到一定的条件,从而触发暴胀。
第二:暴胀解释了今天的宇宙为何如此均匀、如此平坦。没有人知道宇宙在大爆炸中诞生时有多均匀或者多平坦,但有了暴胀,这个问题就不需要知道了,因为这段加速膨胀期会把宇宙平滑到正确的形状。
第三,也可能是最令人信服的一点,暴胀理论拥有强大的预言能力。比如,对宇宙微波背景辐射和宇宙中星系分布所做的诸多观测已经证实,早期宇宙中能量分布的空间差异确实是尺度不变的。
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 楼主| 发表于 2015-8-16 07:26:55 | 显示全部楼层
反对暴胀
坏暴胀要比好暴胀更有可能发生,而且不发生暴胀的可能性要比好坏暴胀加起来还要高得多。
预示一个理论不正确的第一个迹象,往往是观测跟预言之间出现了细微差异。但暴胀理论并非如此:观测数据与这一理论20世纪80年代初作出的预言精细吻合。反对暴胀的理由不是它与观测不符,而是这一理论的逻辑基础存在问题。这个理论是否真能起到它所宣称的作用?20世纪80年代初作出的预言,还是我们今天所理解的暴胀模型能够作出的预言吗?有观点认为,两个问题的答案都是否定的。
支持暴胀的第一条论据是,暴胀不可避免。但如果真是这样,那就会得出一个尴尬的推论:坏暴胀要比好暴胀更有可能发生。坏暴胀同样会导致宇宙加速膨胀一段时期,但得到的结果与我们今天观测到的现实并不符合。比方说,温度差异可能会大过了头。暴胀的好坏之分,取决于势能曲线的确切形状,而这个形状又受一个原则上可以取任意数值的参数控制。这个参数只有在一个非常狭窄的范围内取值,暴胀才能产生观测到的温度差异。在一个典型的暴胀模型中,这个参数必须在10的负15次方以内——也就是说,小数点前后得有点15个零。如果稍微放宽一些要求,比如小数点前后只留12个、10个或者8个零,就会导致坏暴胀:会发生同等程度(甚至更剧烈)的加速膨胀,但温度差异会大于实际观测的数据。
如果坏暴胀无法与生命共存,我们就可以不去管它。在这种情况下,就算原则上能够产生这么大的温度差异,我们也永远不可能观察到,因为那样的宇宙里不会有我们(或者任何生命)存在。这种推理思路被称为人择原理(anthropic principle),但是在这里并不适用。更大的温度差异会产生更多的恒星和星系——如果有区别的话,这样的宇宙也该比现在的宇宙更适合生命才对。
不仅坏暴胀要比好暴胀更容易发生,出现另一种情况的可能性甚至比好坏暴胀加起来都高,那就是不发生暴胀。英国牛津大学的物理学家罗杰·彭罗斯在20世纪80年代率先提出了这一观点。他把描述气体中原子和分子状态的热力学原理稍加变换,用它来统计暴胀场和引力场可能出现的初始状态。有些初始状态会导致暴胀,继而平滑宇宙,把宇宙变得均匀和平坦。另外一些初始状态则会直接产生一个均匀、平坦的宇宙——不需要经历暴胀。这两组初始状态都很罕见,因此整体上来说,得到一个平坦宇宙是不太可能的。尽管如此,彭罗斯的结论仍然令人震惊:不发生暴胀便直接得到一个平坦宇宙的可能性要远高于发生暴胀——两者相差的倍数达到了10的古戈尔次方!(古戈尔,即googol,是指10的100次方;10的古戈尔次方则是1后面有10的100次方个零。)
另一种方法也得出了类似的结论,具体方法是根据目前的状态,依据已经确定的物理定律,向前倒推宇宙的历史。考虑到今天宇宙整体上平坦和均匀的现状,此前有可能已经发生过的系列事件可以有许多种——换句话说,倒推得到的“历史”并非唯一。2008年,英国剑桥大学的加里·W·吉本斯和加拿大安大略圆周论物理研究所的尼尔·G·图罗克证明,在绝大多数倒推得到的“历史”中,暴胀都无足轻重。这个结论与彭罗斯的观点一致。两者似乎都违背了直觉,因为平坦和均匀的宇宙不太可能出现,而暴胀正是平滑宇宙所需要的一种强有力的机制。但暴胀的这一优势似乎被一个事实完全抵消了,即触发暴胀的初始条件出现的可能性几乎为零。如果把所有因素全都考虑进来,与经历暴胀之后再变得平坦和均匀相比,宇宙现在这种状态不经历暴胀便直接出现的可能性反而更高。
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 楼主| 发表于 2015-8-16 07:28:09 | 显示全部楼层
暴胀永恒
暴胀一旦开始就永远不会停止,这意味着暴胀作不出任何预言,因为任何有可能发生的事情都会发生无穷多次。
许多物理学家和天体物理学家觉得,这些纯粹理论上的争辩没有多少说服力,毕竟支持暴胀的证据更令人信服——确切地说,暴胀理论在这20世纪80年代初已经明确作出的预言,与今天取得的丰富的宇宙学观测数据是吻合的。观测上的事实胜于任何理论上的雄辩。但这件事情的吊诡之处就在于,20世纪80年代初作出那些那些预言时人们所依据的基础,是当年对于暴胀如何发挥作用的一种纯朴的理解——那种理解已被证明是错误的。
导致观念发生改变的第一件事,就是人们认识到暴胀是永恒的:一旦开始,就永远不会停止。暴胀的这种让自身永远持续下去的本性,是量子物理结合加速膨胀而得出的直接结果。前文中提到,量子涨落会略微延迟暴胀结束的时间。在那些涨落很小的地方,它们的影响也会很小。但量子涨落是随机的,完全不受任何控制。在空间中,一定会有某些区域出现较大的涨落,导致暴胀的结束时间大幅度延迟。
这种严重拖后腿的区域极为罕见,所以你或许会认为,我们大可以当它们不存在。可惜我们不能,因为这些区域在暴胀。它们还会继续暴胀,短短一瞬间,体积就能超过表现良好、按时结束暴胀的那些区域。结果就是,一大片仍在暴胀的空间“海洋”包围着一座座充斥着炽热物质和辐射的小小“岛屿”。不仅如此,拖后腿的区域里还会滋生出新的拖后腿区域,生成新的物质“岛屿”——每一座都是一个独立完备的宇宙。这个过程会永无止境地持续下去,创造出无穷多个“岛屿”,被无限暴胀的空间所包裹。对于这样一个场景,如果你还不觉得困惑的话,不用担心——还没到时候。真正让人困惑的消息还在后面。
这些“岛屿”并非全都一模一样。量子物理与生俱来的随机本性,必然导致一些“岛屿”物质分布极不均匀,或者形状严重扭曲。它们的不均匀性听起来就像是前文提到的坏暴胀问题,只不过成因不同。坏暴胀之所以发生,是因为控制势能曲线形状的参数很可能会太大。而这里的不均匀性则是永恒暴胀和随机量子涨落的结果,与那个参数取什么数值无关。
为了在数量上表述得更加准确,前面那段话里的“一些”,应该替换成“无穷多个”才对。在一个永恒暴胀的宇宙里,会有无穷多个“岛屿”跟我们观测到的宇宙相似,但也会有无穷多个“岛屿”跟我们不同。古思的下面这段话,为暴胀的真正结果作了最好的总结:“在一个永恒暴胀的宇宙,任何可能发生的事情都会发生;事实上,它会发生无穷多次。”
那么,我们的宇宙如此均匀和平坦,到底是特例还是定律呢?在一个拥有无限多“岛屿”的宇宙里,这很难说。打一个比方,假设你有一个麻袋,里面装着五角和一块的硬币,数量已知并且有限。在这种情况下,把手伸进麻袋随便抓一枚硬币出来,对于最有可能抓到哪一种硬币,你可以作出一个合理的预言。但是,如果麻袋里的两种硬币有无穷多枚,你就无法预言了。为了尝试评估这两种可能性,你可以给硬币分堆。先在左边放一枚五角硬币,右边放一枚一块硬币,然后再分别放上第二枚五角硬币和第二枚一块硬币,以此类推。这种方法会给你留下一个印象——两种面额的硬币数量是相等的。不过,接下来再尝试另一种分法:先在左边放10枚五角硬币,右边放一枚一块硬币,然后再分别放上10枚五角硬币和一枚一块硬币,以此类推。现在,你又会产生另一个印象——五角硬币的数量是一块硬币的10倍。
用哪种方法数硬币才对?答案是全错。对于无穷多枚硬币,存在无穷多种分法,能够产生无穷多种可能性。因此,根本就没有一种合理的方法来判断更有可能抓到哪一种硬币。同理,在一个永恒暴胀的宇宙里,根本就没有办法去评判哪种“岛屿”更有可能出现。
现在,你应该感到困惑了。如果暴胀意味着任何有可能发生的事情都会发生无穷多次,那么说暴胀作出了某些预言,比如宇宙是均匀的,宇宙中存在尺度不变的差异,这又该如何理解?
反过来,如果暴胀理论无法作出能够检验的预言,宇宙学家又怎么能经常跳出来声称暴胀理论与观测相符呢?
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 楼主| 发表于 2015-8-16 07:29:24 | 显示全部楼层
屡战屡败
过去25年来,为了解决上述问题,理论学家提出了各种解决方案,但全都以失败而告终。
理论学家不是不清楚这个问题,但他们相信自己能够搞定它,把暴胀还原到20世纪80年代初那种让他们一眼就被吸引住的纯朴状态。许多人现在仍抱有希望,尽管他们跟这个问题已经苦苦缠斗了25年,却连哪怕一种看似合理的解决办法都提不出来。
有人建议,应该尝试构建一些无法永恒的暴胀理论,把无穷多个宇宙扼杀在萌芽之中。但永恒这个性质是暴胀加上量子物理得出的自然结果。为了避免永恒暴胀,宇宙就必须始于一种非常特殊的初始状态,还必须拥有一种特殊形式的暴胀能量,这样才能让暴胀在宇宙各处全部结束,不给量子涨落留下任何重新触发暴胀的机会。但在这样的情况下,暴胀后观测到的宇宙就会对初始状态非常敏感。这就违背了暴胀理论的整个初衷——不管暴胀前宇宙是个什么状态,暴胀后都得是现在这个样子。
另一种策略则假设,类似于我们这个可观测宇宙的“岛屿”是暴胀最有可能得到的结果。这种方法的支持者引入了一个所谓的衡量标准,也就是一套权衡哪些“岛屿”最有可能出现的特殊规则——就好像强制规定,我们从麻袋里掏硬币时,每拿出5个一块的硬币,就必须在拿出3个五角的硬币。额外设置专门的衡量标准,这个想法恰恰等于公开承认,暴胀理论本身什么都解释不了,也什么都预言不了。
更糟的是,理论学家已经提出了许多挺有道理的衡量标准,得出的结论却恰恰相反。体积衡量标准就是一个例子,这种观点认为“岛屿”应该按各自的体积加以权衡。乍一看,这种选择合乎常理,因为暴胀背后隐含着这样一个直觉:为了解释我们观测到的宇宙现状,暴胀必须创造出一大片均匀、平坦的空间出来。可惜的是,体积衡量标准失败了。原因在于,这一标准更倾向于拖后腿的区域。考虑一下两类区域:一类是跟我们类似的“岛屿”,另一类是经历了更久暴胀之后形成较晚的区域。由于暴胀时空间呈指数增长,后一种区域占据的总体积要庞大得多。因此,比我们的宇宙更年轻的区域应该要常见得多。按照这种衡量标准,我们甚至不太可能存在。
热衷于寻找衡量标准的理论学家采用了反复尝试的做法,他们不断发明新的衡量标准并加以检验,希望有朝一日能够得出符合预期的答案——即我们的宇宙出现的可能性很大。假设有一天他们成功了,那么接下来,他们就必须再找一个原理来合理解释为什么要用这个标准而不用其它标准,再然后,他们又得用另一个原理来解释为什么前一个原理是对的,如此追溯下去,永无止境。
还有一种策略就是向人择原理求助。尽管前一种策略坚持认为我们生活在一个典型的“岛屿”上,人择原理却恰恰相反,假设我们生活在一个非常不典型的“岛屿”上,只不过这里的环境刚好达到维持生命所必需的最低要求。这种策略声称,更为典型的“岛屿”上无法形成星系或恒星,又或者缺少我们所知生命生存所需的其他必要条件。这样以来,就算典型的“岛屿”占据的空间远远大于类似我们的宇宙,也可以不去管它,因为我们只关心那些人类有可能生存的区域。
可惜,这种策略也行不通,因为我们宇宙中的环境远远超出了维持生命所必需的最低要求——生命并不要求宇宙如此平坦、如此均匀、如此尺度不变。更为典型的“岛屿”,比如那些比我们的宇宙更年轻的区域,几乎一样适合生命生存,数量却要多得多。
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 楼主| 发表于 2015-8-16 07:30:13 | 显示全部楼层
另起炉灶
把平滑宇宙的过程从大爆炸后提到大爆炸前,就能避免永恒暴胀等问题,引力波观测将对此作出最终裁决。
考虑到上述情况,经常被人引用的那种说法,即宇宙学观测数据已经证实了暴胀理论的核心预言,充其量是一种误解。准确的说法应该是,观测数据已经证实了我们在1983年之前所理解的那个纯朴的暴胀理论所作的预言,但那个理论并不是今天我们所理解的暴胀理论。那个纯朴的理论假设,在经典物理定律的掌控下,暴胀会得出可以预言的结果。但事实上,暴胀是受量子物理学统治的,任何有可能发生的事情都会发生。如果暴胀理论不能作出任何可靠的预言,那它还有什么意义?
根本的问题在于,拖延暴胀结束时间没有受到惩罚——恰恰相反,拖延越久,反而越占优势。迟迟不让暴胀结束的区域会继续加速膨胀,因此它们一定会占据上风。而在理想的情况下,拖后腿的区域应当膨胀得更慢才对,不膨胀甚至收缩就更好了。这样的话,宇宙的绝大多数空间都会由按时结束平滑过程的区域构成,我们观测到的宇宙也就普普通通,不劳我们费心了。
我和同事提出的一种用来替代暴胀宇宙学的所谓“循环理论”(cyclic theory),恰好就拥有这样的性质。按照循环理论,大爆炸并不是空间和时间的起点,而是由先前的收缩期转向新的膨胀期而发生的一场“反弹”,同时伴随有物质和辐射的创生。这个理论之所以命名为循环,是因为经历万亿年之后,膨胀又会被收缩取代,然后在新一轮反弹中再度膨胀。重点在于,平滑宇宙的过程发生在大爆炸之前,发生在收缩期间。任何拖后腿的区域都会继续收缩,表现良好的区域则会按时反弹开始膨胀,因此拖后腿的区域相对而言就会小很多,可以忽略不计。
在收缩期间平滑宇宙会产生一个可以观测的后果。不论是暴胀理论还是循环理论,在任何平滑宇宙的过程中,量子涨落都会随机产生微小的时空扭曲,并以引力波(gravitationalwave)的形式向外传播,这会在宇宙微波背景辐射上留下独特的印记。引力波的振幅与能量密度成正比。暴胀发生时宇宙应该极端致密,而循环理论中的类似过程发生时,宇宙实际上应该是空无一物,因此两种理论预言的那种印记应该会有天壤之别。当然,循环理论还相当年轻,或许有它自己的问题,但它至少证明,不受永恒暴胀一发不可收拾之苦的替代理论并非不可想象。我们的初步研究暗示,循环理论还可以避免前文中提到过的其他问题。
当然,我是把支持和反对暴胀的论据当成是两个极端来介绍的,没有给正反双方留下交叉盘问和仔细比较的机会。2011年1月,美国普林斯顿理论科学中心举办了一次会议专门来讨论这些问题。与会的许多重量级理论学家争辩说,这些问题对暴胀来说只能算是“牙痛”,应该还不足以撼动我们对于这个基本概念的信心。而其它理论学家,包括我在内,则主张,这些问题直指暴胀理论的核心,这一理论必须进行大的修改,否则就必须被替换掉。
最终,这个案子还是得由观测数据作出裁决。即将对宇宙微波背景辐射进行的观测将揭露关键证据。多项寻找引力波印记的实验已经在高山山顶、高空气球和人造卫星上展开,未来两三年内应该会得到结果。检测到引力波印记,暴胀就会获得支持;没检测到的话,暴胀就会严重受挫。在后一种情况下,如果暴胀理论还像苟延残喘,宇宙学家就必须假设暴胀场具有非常独特的势能,形状刚好可以抑制引力波——这似乎就太不自然了。许多研究者会被替代理论吸引,例如循环宇宙理论,因为它们本来就预言引力波信号会小到无法被观测到。在我们探寻宇宙何以是现在这个样子、未来又将发生些什么的过程中,这个观测结果的得出将是一个决定性的时刻。
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 楼主| 发表于 2015-8-16 10:41:13 | 显示全部楼层
大爆炸理论处于困境中。有一大批观察资料它不能恰当解释,这不仅包括思辨问题,“大爆炸之前有过什么?”——而且包括许多技术上的不解之谜。例如大爆炸理论不能解释在可能导致星系形成的宇宙背景辐射中的“指纹”——微小的不均匀;也不能说明宇宙中“丢失的质量”(根据观察到的恒星在星系中的运动来判断,在宇宙中存在的万有引力远远大于观察到的恒星质量所能够说明的程度);而且还受到问题的挑战:即大爆炸开始时的膨胀过程靠什么先开始然后又停止的。大爆炸理论也不能解释背景辐射的结构以及恒星和星系的演变方式为什么从地球的任何方向上看基本上都相同,甚至在彼此相隔非常遥远以至于不能相互通信的区域。(这是因为有些宇宙区域相距200多亿光年,这个距离远远超过光在大爆炸后的150亿年所能走过的距离)。
宇宙在任何地方都以相同的方式演变,遵守同样的规律,表现出同样的规律性。怎么会这样呢?如果说光速是宇宙间不同部分相互联系的最快手段,那么背景辐射的相同和星系演变方式的相似就只能由紧随大爆炸后对极快膨胀近似奇迹的微调而发生的。另外,人们发现,太空中的有些星系太大太深,不可能是大爆炸的结果。四束高度聚焦的“笔形波束”的探索已经证明,10亿秒差距(每一秒差距等于3.26亿光年)的距离之外有一些非常巨大的星系结构,它们之间的间隔大约是1.5亿秒差距。每个星系就像长城似的横跨天空153.37秒差距(5亿光年)。这些巨大的结构意味着宇宙的年龄远远大于大爆炸设想所认为的年龄——有些天文物理学家估计超过630亿年。

一直强烈反对宇宙灭亡论的彭罗斯老了,2014年出了一本叫《宇宙的轮回》一书,他从共形变换推导出热运动导致熵增加、引力导致熵减少的结论。我们可以用更简单的方法导出这个结论,一只猴子大概用屁股都能想明白(尽管“主流”科学家们想不明白)宇宙是永恒的,并不需要高深的弦理论,一个小孩子都能明白这意味着宇宙的熵不变,宇宙的熵和体积成正比,热运动导致宇宙局部的体积变大、从而导致宇宙的熵增加,(牛顿)引力导致宇宙局部的体积减小、从而导致宇宙的熵减小。所以我们的理论并不深奥,说出来连一个小孩子都能懂。

大爆炸理论似乎已经被奉为权威,任何质疑都是对它的冒犯。然而,现在的多项实际观测结果令这幢理论大厦产生了裂痕。凭什么怀疑这一理论?就凭超级天文望远镜的观测,它们的出现至关重要。凭借三大观测证据的支持,大爆炸理论早在40多年前就已成为关于宇宙起源的“权威”学说。然而,该学说的裂痕越来越明显。2005年末,Mark Dickinson领导的国际研究组发现了一个位于鲸鱼座的星系HUDF-JD2。在发现这一星系后,科学家们立刻组织了全球数台大望远镜对其进行观测,其中有哈勃空间望远镜、欧洲的VLT望远镜以及NASA的Spitzer望远镜,它们一刻不停地注视着茫茫苍穹中这个极微小的亮斑。
在使用了众多的技术手段后,人们成功地获得了关于HUDF-JD2的数据资料,资料显示,该星系有超乎寻常的属性!它与地球的距离达到130亿光年,如果大爆炸理论成立的话,这就意味着,我们观测到的HUDF-JD2星系正是它在哈勃元年仅仅7亿年的模样。该星系的质量相当于6000亿个太阳质量,约为银河系的4倍。根据目前的星系演化理论,即所谓的“层级模型理论”,现有的星系都是逐渐由小型星云和小型星系聚集形成的——那么如此巨大的一个星系怎么可能在哈勃元年后这么快就形成了呢?
科学家们在测算构成HUDF-JD2星系年龄时,碰到了更奇怪的事。根据他们在计算机程序中建构的恒星形成模型,他们发现,这个星系最晚大概形成于哈勃元年后的2亿年,最早则有可能形成于哈勃元年前1亿年!换句话说,这个星系“可能比宇宙还要老”。实际上,“星系年龄大于宇宙年龄”的问题并不是今天才出现的。随着天文观测技术的发展,这个问题变得越来越突出……而这一次,问题变得更加尖锐了,因为HUDF-JD2很可能只是冰山一角。一些天文学家认为,随着观测技术的不断改进,人们一定会发现一些更老的天体。果真如此的话,根据宇宙灭亡论编制的宇宙演化时间表就要被彻底改写。
宇宙背景辐射因其反映了哈勃元年后38万年的状态(即温度高达3000度的浓密粒子雾),其提供的证据一向被视作宇宙灭亡论的最牢靠的支柱,然而这些证据也发生了动摇。特别是2003年以来,人造卫星WMAP对这一辐射进行了准确的测量,得出的结论是:在哈勃元年的宇宙中,各部分的温差不会超过0.0002度,仅仅几亿年后,星系间真空与恒星内部的温差却达到了哈勃元年的数万亿倍,这怎么可能?一个原本同质的环境怎么可能如此迅速地转变成一个几乎全部由真空构成、其中零散分布着一些巨大的物质结块(比如星系)的环境呢?依据宇宙灭亡论编写的星系形成剧本无法对此作出回答……糟糕的是,通过WMAP观测获得的参数(比如宇宙的年龄、密度、曲率和宇宙膨胀的速度等)已成为宇宙灭亡论的依据。如果说这些参数有错,那么大爆炸理论这座理论大厦很可能会像沙砾堆积的城堡一样崩塌。因为所有这些参数都是环环相扣、休戚与共的,如果否定其中之一,就会造成牵一发而动全身的效应!
随着观测技术的日益进步,质疑越来越多,导致宇宙学研究陷入精神分裂的境地。大爆炸理论有着这么多的裂痕,所以不难理解为什么有人质疑它根本无法解释星系的形成,因为其最坚固的支柱即宇宙背景辐射并不那么可信,或者说,它所解释的只是占到宇宙5%的一小部分,而给我们留下了95%的未解之谜。萝卜头(Roberto Abraham)及其领导的美加联合研究组在2004年对众多星系进行了一次大规模的调查研究,发现宇宙在哈勃元年的不到30亿年之间,就已经拥有了大量年龄很老的星系(占到宇宙星系总量的3/4),而组成这些星系的恒星年龄在当时也已经达到了数十亿岁。它一针见血地揭示了宇宙学家们的心态:“这些理论研究者还没有为此感到恐慌,但这种恐慌终究会到来的……”2004年5月,34位知名的科学家和工程师在一封“致科学界同仁的公开信”上签了名。“……大爆炸理论从来没有任何量化的预言得到过实际观测的验证。该理论捍卫者们所宣称的成功,统统归功于它擅长在事后迎合实际观测的结果:它不断增补可调整的参数,就像托勒密的地心说总是需要借助本轮和均轮来自圆其说一样。……”
谁能说我们现在不是处于一个宇宙观即将发生如同日心说取代地心说般彻底变革的前夕?暗物质、暗能量和暴胀这些概念会不会就是今天的“本轮和均轮”?这正是宇宙永恒论者们脑中所想。他们已经决心向天空索取问题的答案。和新一代仪器摆在一起,如今的一些庞然大物——比如直径8米的欧洲甚大望远镜以及直径10米的美国凯克望远镜简直就像玩具。美国建造的大麦哲伦望远镜(Giant Magellen)直径将达到25米,而30米望远镜的直径将达到30米,有望在2015年投入使用。欧洲人在这方面也有雄心勃勃的计划。理论上,这只巨大的科学探索“舰队”应该能够探测到……如果未来的这些望远镜发现宇宙灭亡论和500年前的地心说一样其实只是个骗局,那就将意味着至今的天文学研究都搞错了方向,也将标志着天文学意义上新世界的到来。这将为新时代的哥白尼、伽里略或爱因斯坦创造一片广阔的新天地,或者说是科学家们的梦幻工场。

一种可动的机器能够保持连续运转而不违反两条热力学定律中的任何一条,这种机器称为第三类永动机。多少年来,除了一些没有热力学常识、也不知第三类永动机为何物的江湖骗子声称发明了第三类永动机外,由于宏观系统肯定存在耗散,没有物理学家认真讨论过第三类永动机。我发现,如果万物都是生命,那么电子、质子、稳定的原子、稳定的原子核,以及超导和超流都属于第三类永动机。粒子都有自旋,如果将生命周期和自旋划上等号,就意味着属于第三类永动机的都是些真正不朽的生命。这个简单的道理,一直也没有人想到过。

宇宙灭亡论存在两个大问题——视界问题和平坦性问题。视界的存在禁止了所有均匀化过程,我们现在看见的巨大宇宙是如此均匀,在宇宙灭亡论中,宇宙的均匀性无法解释,甚至有点诡异。另一个更令人使不上力的是宇宙灭亡论的“平坦问题”。按照广义相对论导出的平坦宇宙本质上就不稳定,需要扩张速率与引力精巧平衡才行。稍稍偏离平坦,宇宙会立即封闭而崩塌,或是变成开放而冲散自己,这两者都不是什么好下场。换句话说,宇宙在过去150年都在走钢丝,两边都是无底深渊,这几乎是不可能的事。导致平坦问题这么困难的原因,在于任何与平坦宇宙之间的偏离会急速变大。一旦动能或重力能大于另一方,不论差异再小都会急速放大,使宇宙走向毁灭。

许多天体实测年龄都比哈勃年龄大,这是对宇宙灭亡论的不利证据。1996年人们对一颗星体进行了非常精巧和准确的光谱观测,世人称为CS-22882-052报告,这次观测提供了这棵星体的大气中钍、铕等元素属性的测量标准。因此这棵星体的放射性物质的年龄也随之得之,经过计算的数字是150.2亿年。在喜帕恰斯卫星出现之前,对与银河系最古老球状星团年龄的估算数字为大约150亿年。1990年代中期,似乎测量到的宇宙中最古老的物体年龄为150年左右。这些物体的估算年龄都比哈勃年龄大。
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发表于 2015-8-16 11:48:50 | 显示全部楼层
大爆炸理论犹如我们说人死后变鬼,于是我们可以找出很多人死后变鬼的所谓证据,前辈和大人们(权威者)都这样说了,小孩们不得不信,不信的小孩不准和大人顶嘴。
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 楼主| 发表于 2015-8-16 14:03:48 | 显示全部楼层
45个可否定大爆炸理论的事实依据 [1-20]
2 — FACTS WHICH DISPROVE THE BIG BANG THEORY
[1] 45 Problems
WHY IT IS NOT TRUE— We have seen what the theory says. But it Is In complete disagreement with many scientific facts, principles, and laws. Let us for a few moments consider some of the evidence that disproves this astounding concept of how matter and stars originated.
(1) NOT SQUEEZABLE— Nothingness never packs together. It would have no way to push itself into a pile. There is no physical law to explain such a peculiar event.
*Hannes Alfven, professor of plasma physics at the Royal Institute of Technology, Stockholm, heatedly opposes the idea that the universe could ever have attained such a fantastic density.
The Big Bang is supposed to be an explosion of concentrated nothingness. But nothingness never pushes itself into anything, much less a concentrated pile. A total vacuum is the complete opposite of total density. This theory is not science, but a playing with words.
(2) NOT STOPPABLE—There would be no mechanism that could push all the emptiness in the universe to a common center,—and then, having arrived there, to suddenly stop it at a single point. It would just rush on past.
If emptiness could press itself together, there would be nothing to hold itself tightly meshed for even a short time. Gravity operates only on matter and radiation, not on a lack of it. There is no such thing as a vacuum being pulled by gravity into something dense. It is, as said above, just a playing on words.
(3) NOTHING TO EXPLODE IT—Not only was there no matter in this theoretical "beginning,"—there obviously could be no energy at that time either. It takes energy to have an explosion. There was no match to start the fire. Without energy there can be no heat, no explosion. Yet the Big Bang is supposed to have produced a massive heat blast which congealed vacuity into hydrogen.
This theory is supposed teach the origin of matter. But it would also have to include the origin of energy, for the two are variant forms of one another. An explosion could not occur without energy, and without matter there would be nothing to explode outward. Without pre-existing matter and energy, there could be no match, no fire, no fuse, and no dynamite. Nothing exploding with no energy to explode, it is impossible.
Some Big Bang supporters think that perhaps there may originally have been an immense concentration of energy. But they have absolutely no idea where it came from or how it got there. To say that energy already existed in the beginning is to self-destruct any "origin of matter" theory based on that idea. This is because matter and energy are alternate forms of the same thing. Any "origin of matter" theory must also explain the origin of energy.
Other evolutionists have come up with the theory that energy was initially created by an explosion of no-energy! But that is just more of this evolutionary "word wizardry" that may sound convincing, but in reality is utter foolishness.
Seriously now, "nothing exploding with no energy to explode it" is clearly impossible twice over.
It is of interest that every evolutionary theory that tries to explain the origin of either matter or energy—always tacitly assumes that one or both already existed.
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 楼主| 发表于 2015-8-16 14:18:23 | 显示全部楼层
(4) NO WAY TO EXPAND IT—Even if that magical vacuum could somehow be pulled together by gravity (which it cannot), what would then cause the big pile of emptiness to push outward? The same "gravity" that brought it together, would later prevent it from expanding.
A total vacuum can not be expanded any more than it can be contracted. If a pile of emptiness could be pressed together, what would later untie it, much less explode it outward? (I know all this sounds like foolishness, but we are discussing a foolish notion, such as one would expect to find only in fairy tales for small children.)
The origin of matter theory teaches that, by the time of expansion, the vacuum had been transformed into hydrogen and helium. So, beginning at this point, we will assume that that which is exploding outward is not emptiness, but gas.
(5) NO WAY TO SLOW IT—If hydrogen gas blew outward after an explosion in outer space, there would be no way to slow it. This is a key point. An explosion of matter would cause an outward spray of gas and energy. It would continue to move outward in space forever. Space is frictionless. There would be no way to slow the gas, nothing to stop it.
(6) NO WAY TO CLUMP IT—On earth, gas never clumps into a solid. Out in space, where everything is a near-vacuum, it would be totally impossible—impossible in the extreme——for this to occur. Throughout the voids of space between the stars is to be found various gases, the primary one of which is hydrogen. These gaseous compounds never move away from an area of vacuum into an area of congestion or density. Never, never, never. It just does not happen. The hydrogen gas observed by astronomers through telescopes is gradually expanding. None of it is packing together. There are no exceptions! Slow expansion of gaseous matter in outer space is normal, and in accordance with physical laws.
"Scattered through the vast darkness between stars, the molecules of interstellar space range. . These molecules of hydrogen, carbon monoxide, and scores of other compounds generally make up a tenuous soup—a trillion trillion times less dense than stars or planets." —*Allan Fallow, et. al.,Between the Stars (1990), p. 65.
Frankly, after examining item after item of scientific facts in this chapter, we will find the Big Bang theory to be only a connected series of tiny tot stories. Repeatedly, we will find that the theories run counter to the facts.
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 楼主| 发表于 2015-8-18 13:26:08 | 显示全部楼层
(28) UNEXPLAINED ANGULAR MOMENTUM—Origin of matter and origin of universe theories cannot explain angular momentum. To put it in simpler terms, why do the stars turn? why do the galaxies rotate? why do planets rotate about suns and stars about galactic centers? why do stars orbit in binaries and stellar clusters?
There is no doubt but that that circular action is vitally necessary for planetary, stellar, and galactic stability. It has to be that way or everything would fly off here and there and crash into one another. But how could rotation(turning) and revolutions (orbiting) have started? How could angular momentum be put into such perfectly balanced orbits all through space?
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 楼主| 发表于 2015-8-18 13:57:21 | 显示全部楼层
29) ANGULAR MOMENTUM AND MOMENTUM-MASS RELATIONSHIP— Throughout the universe a delicate relationship exists between the mass (size and weight) of an object and its angular momentum (the rapidity with which it rotates). Why is this? The bigger the object, the slower It tends to rotate. Big Bang theorists cannot explain this. It cannot just be a coincidence.
"Pick any astronomical object. Divide its angular momentum by its total mass and also by its average density raised to the 1 /6 power. The resulting number (call it Q) will be equal to the mass itself raised to roughly the 0.7 power.
"Numerological hocus-pocus? No, it seems that this is a universal property of bodies. Whether you pick a lowly asteroid, a star, a galaxy, or even the mighty Virgo cluster of galaxies, it works. The relationship is decisively shown by the straight line on the logarithmic chart. . prepared by L. Carrasco, M. Roth, and A. Serrano at the Mexican Institute of Astronomy." —"How Things Spin, " Sky and Telescope, 64:228 (1982).
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 楼主| 发表于 2015-8-18 16:25:53 | 显示全部楼层
(30) MANY STARS ROTATE TOO FAST—If stars were caused by the collapse—or inward gravitational pull—of hydrogen gas, then stars should not have the high rotational speeds which they exhibit.
"There is much interstellar material in the vicinity of the sun, but it is not condensing. Greenstein of the Mount Wilson Observatory believed that the known stars rotate so fast they could never have been formed by a condensation process. In fact, many stars have a rotation speed one hundred times that of the sun! With this speed, such stars should not be able to hold on to their surface layers. But if this is happening, how did such stars collapse in the first place? The initial gas clouds should have developed a stable circulating motion without collapsing into stars." —John C. Whitcomb, The Early Earth (1986), p. 58.
"Greenstein of Mt. Wilson Observatory believes that the 'known stars rotate so fast that one must conclude that they could never have been formed by a condensation process.' "—H.M. Morris, W. W. Boardman, and R. F. Koontz, Science and Creation (1971), p. 90.
If stars have been caused by "the inward gravitational collapse of hydrogen gas clouds," then why do the stars rotate? They should not have their high rotational speeds. In fact, those very rotational speeds would throw off loose gas, not pull it inward.
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 楼主| 发表于 2015-8-19 08:24:40 | 显示全部楼层
(32) STARS THAT ORBIT BACKWARDS—In chapter 3 (Origin of the Solar System), we will learn about planets that orbit the wrong way, confounding theories of planetary evolution. But there are stars that do it also!
Certain very small stars (called "subdwarfs") orbit opposite to that of other stars.
"These subdwarfs. . are not traveling with the sun in its giant orbit around the hub of our galaxy, and consequently they are moving with high speeds relative to the sun and in one general direction—that opposite to the direction which the galactic rotation is carrying our sun." —*M. and *G. Burbidge, quoted in *D.B. Larson, Universe of Motion (1984), p. 137.
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 楼主| 发表于 2015-8-19 08:26:38 | 显示全部楼层
(33) STARS THAT MOVE TOO FAST—There are high-velocity stars which are traveling far too fast to accommodate the evolutionary theories of matter and stellar origins. Pulsars, as a class, possess very high velocities. Some apparently exceed galactic escape velocities. For more on this, see *David Helfand, et. al., "Pulsar Proper Motions," Astrophysical Journal, 21311 (1977).
"It has been found that many, probably most, of them are moving rapidly, with speeds often exceeding 100 km/sec. Furthermore, the average of the height of the pulsars above the galactic plane is considerably greater than is normal for the objects from which they presumably originated." —*D.B. Larson, Universe of Motion (1984), p. 230.
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 楼主| 发表于 2015-8-19 14:02:14 | 显示全部楼层
(35) THERE IS NOT ENOUGH ANTIMATTER—Any type of initial origin of matter would produce equal amounts of positive matter (matter) and negative matter (antimatter). But only small amounts of antimatter are ever found in space.
The Big Bang theory includes the requirement that it had to produce equal amounts of matter and antimatter (positrons, antiprotons, etc.). Two expensive neutrino detectors (the Kamiokande-II in Kamiokia, Japan, and the IMB near Cleveland, Ohio) maintain an ongoing program of neutrino detection and analysis. But only very small amounts of neutrinos and other antimatter are found in space. Little strikes the earth and it comes from all directions.
That fact may seem insignificant, but to astronomers it is a serious obstacle to the Big Bang theory.
"We are pretty sure from our observations that the universe today contains matter, but very little if any antimatter." —*Victor Weisskopf, "The Origin of the Universe, " in American Scientist, 71 (1983), p. 479.
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 楼主| 发表于 2015-8-19 14:12:51 | 显示全部楼层
37) THE UNIVERSE IS LUMPY—We already know that hydrogen gas can not form itself into stars, but even assuming that it could, the outflowing gas from the Big Bang would be too smooth to produce the needed lumps to produce the stars. This is called the "heterogeneity problem."
Instead of homogenous (smooth) matter, everywhere we turn in the universe we find that nearly all matter is clumped together into stars and galaxies. Yet, according to Big Bang theory, this cannot be. The even outward flow of hydrogen gas from the initial explosion would not have produced these objects. This heterogeneity problem is deeply troubling to the evolutionists.
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 楼主| 发表于 2015-8-19 14:28:00 | 显示全部楼层
(38) THE UNIVERSE IS FULL OF SUPERCLUSTERS—The stars and galaxies, with their intricate and interworking orbits, could never result from random explosions. But, recently, it has been found that the galaxies are grouped into galaxy clusters, and these into still larger superclusters! Big Bang theory, with its smooth radiation, can never in any way account for the existence of such organized structures.
Scientists cannot give any satisfactory reason for how planets, stars, and galaxies could be produced out of smooth, outflowing gas. Nor can they explain the origin of their complicated, balanced, interrelated orbits.
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 楼主| 发表于 2015-8-19 14:30:37 | 显示全部楼层
(39) THREE LUMPY PROBLEMS—There are three striking problems with this cosmic lumpiness.
The first problem, is that, according to the Big Bang theory, there should be no lumps at all Instead of stars and galaxies, there should only be outrushing gas journeying on forever.
The second problem is the fact that, although hydrogen gas in outer space is so smooth and uniform, yet trillions upon trillions of stars are supposed to have originated from such gas. If the gas is so smooth, how could it have evolved into stars?
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