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随着航天技术的迅猛发展,人类对宇宙的探索达到前所未有的水平,以哈勃空间望远镜、COBE卫星、WMAP卫星为代表的新一代卫星探测器的发射,使人类第一次能够清晰地窥测宇宙深处的奥秘,宇宙学有了一个坚实的观测和实验基础。
现代大爆炸宇宙论已被作为标准宇宙模型确定下来。然而,这种宇宙模型也没有达到尽善尽美的地步,它同样存在着需要进一步丰富、发展和完善的问题。其中,宇宙起源问题一直是倍受争论的问题。还有,宇宙奇点问题和黑洞奇点问题,一直也得不到解决,目前仍在争论中。
本文从逻辑思辨上提出一个新的普适原理,即宇宙基本原理(暂且这样命名)。笔者以此原理为基础,并借助于当前的一些观点,对奇点问题和宇宙起源问题进行思考,从而希望解决上述的问题。
一、宇宙基本原理
每个事物的诞生都有源头,即诞生背景,任何事物的诞生都需要时空的存在,时空作为最大背景,这一点勿庸质疑。宇宙万物在这最大背景下诞生。它们的运动与变化在时空大背景下,遵循着宇宙规律。宇宙规律需要万物来体现,万物变化中体现着宇宙规律,而时空这最大背景就是它们的舞台。空间,万物存在的基础;时间,万物变化的基础;而空间、时间、万物这三者紧紧联系在一起。而时空作为最大背景的存在,才有宇宙规律作用于万物的神奇变化。
由此可知,宇宙规律与万物依赖于时空这一最大背景。而笔者由此可以提出一个新的普适原理——宇宙基本原理:时空是万物遵循宇宙规律变化的最大背景。
二、宇宙起源问题
宇宙起源问题,自古以来就是一桩悬而未决的“疑案”。古人从哲学逻辑推理上,得出两种对立的观点:一种观点认为宇宙是创生的,另一种观点则认为宇宙是永恒的。而目前的主流理论比较倾向于宇宙创生论。
从“时空是万物遵循宇宙规律变化的最大背景”这个宇宙基本原理出发,我们可以得出,当时空作为最大背景存在时,宇宙才存在,而时空这个宇宙的最大背景,没有再大的背景给它作为诞生的源泉,即时空作为宇宙存在的基础,没有所谓诞生的说法。因此利用宇宙基本原理可以说明,时空是宇宙规律的寄主,是宇宙万物存在与变化的源泉,它必然是永恒的。因此也可以说,宇宙也是永恒的。
三、宇宙奇点问题
现代宇宙学是发展了的、科学的宇宙学,它以现代观测到的宇宙状况作为研究的基础,并根据自然规律的普适性法则进行推演,借以回答宇宙的过去和未来的诸多问题。这种研究宇宙学的推演法有两方面严格的要求:一方面对观测宇宙的了解要尽可能全面和细致;另一方面所应用的自然规律也要尽可能真实可靠。
科学家借助天文观测状况,结合广义相对论与粒子物理进行推演,提出了大爆炸宇宙学说。根据广义相对论原理,有人推出宇宙起源于一个奇点,时空从这一奇点开始,从而带来了奇点问题。而从宇宙基本原理出发,时空是永恒的,也就没有所谓的时空诞生于一个奇点这一说法。即宇宙基本原理否定宇宙奇点的存在。
那么,这种宇宙起源于奇点的说法有什么问题呢?第一,当前天文观测的准确性与全面性并不高,即使较之以前的确有很大进步,但是宇宙的奥妙远远不是人类所能完全理解的,因此达不到推演法的第一个要求;而推演法的第二个要求,即得出的理论要正确而普适于宇宙,也不可能完全达到,即便是在广义相对论已经是目前我们所已知的最好的引力理论的条件下。那么,广义相对论是否完备呢?爱因斯坦指出:“可是广义相对论还不完备,因为广义相对性原理只能满意地用于引力场,而不能用于总场,我们还没有确实地知道究竟该用怎么样的数学结构来描述空间里的总场,以及这种总场所遵循的究竟是怎样的广义不变定律。”可见,广义相对论的物理基础在于等效原理,其中弱等效原理只在局域范围成立,严格地讲,只在一点成立,引力场的出现必然使两个自由粒子间出现相对加速度,因此在全空间建立等效原理是不可能的。因此,广义相对论推出存在奇点不可信。
另外,如果存在这个奇点,就意味着宇宙在诞生时刻其能量密度和温度都趋于无穷大,但是物理上无法接受这种无穷大的概念。在这一个没有体积的点上,能量密度和温度都趋于无穷大,这是怎么出现的,物理实在又该如何体现呢?现在,对于超高能状况,地面实验室难以模拟再现。因此,当前理论不能确定宇宙奇点的存在。而宇宙基本原理则明显否定了宇宙奇点的存在。
四、黑洞奇点问题
在日前的宇宙学中,黑洞的研究正如火如荼地进行。黑洞研究中的一个重要疑难问题与奇点有关。这就是时空曲率发散,而且发散不能通过坐标变换来消除的内禀奇点。例如,史瓦西黑洞和克尔—纽曼黑洞r=0处的奇点定理,该定理是说真实的物理时空一定至少存在一个奇点。重要的是,彭若斯把奇点解释为时间开始或结束的地方。这样将物理实在否认的奇点归结为时空端点,导致人们无从讨论。但根据宇宙基本原理,时空是永恒的,即否认时空存在端点。因此,黑洞奇点同宇宙奇点一样并不存在。
虽然,科学家从理论上证明出了奇点定理,但也引入了一些假设,比如所谓的“宇宙监督”原理。但是,奇性定理是用类时或类地线证明的,因此这是一种在温度为绝对零度或无穷大的情况下证明的情况。而热力学第三定律禁止任何系统达到绝对零度或温度发散,因此奇性定理的证明与热力学第三定律冲突,尽管它是一个数学证明,但并不是一个物理证明,不能说明时间一定有开始或结束。同样,黑洞奇点的无穷大也是难以让人接受的,而宇宙基本原理则完全抛弃了黑洞奇点。
现代大爆炸宇宙论已被作为标准宇宙模型确定下来。然而,这种宇宙模型也没有达到尽善尽美的地步,它同样存在着需要进一步丰富、发展和完善的问题。其中,宇宙起源问题一直是倍受争论的问题。还有,宇宙奇点问题和黑洞奇点问题,一直也得不到解决,目前仍在争论中。
本文从逻辑思辨上提出一个新的普适原理,即宇宙基本原理(暂且这样命名)。笔者以此原理为基础,并借助于当前的一些观点,对奇点问题和宇宙起源问题进行思考,从而希望解决上述的问题。
一、宇宙基本原理
每个事物的诞生都有源头,即诞生背景,任何事物的诞生都需要时空的存在,时空作为最大背景,这一点勿庸质疑。宇宙万物在这最大背景下诞生。它们的运动与变化在时空大背景下,遵循着宇宙规律。宇宙规律需要万物来体现,万物变化中体现着宇宙规律,而时空这最大背景就是它们的舞台。空间,万物存在的基础;时间,万物变化的基础;而空间、时间、万物这三者紧紧联系在一起。而时空作为最大背景的存在,才有宇宙规律作用于万物的神奇变化。
由此可知,宇宙规律与万物依赖于时空这一最大背景。而笔者由此可以提出一个新的普适原理——宇宙基本原理:时空是万物遵循宇宙规律变化的最大背景。
二、宇宙起源问题
宇宙起源问题,自古以来就是一桩悬而未决的“疑案”。古人从哲学逻辑推理上,得出两种对立的观点:一种观点认为宇宙是创生的,另一种观点则认为宇宙是永恒的。而目前的主流理论比较倾向于宇宙创生论。
从“时空是万物遵循宇宙规律变化的最大背景”这个宇宙基本原理出发,我们可以得出,当时空作为最大背景存在时,宇宙才存在,而时空这个宇宙的最大背景,没有再大的背景给它作为诞生的源泉,即时空作为宇宙存在的基础,没有所谓诞生的说法。因此利用宇宙基本原理可以说明,时空是宇宙规律的寄主,是宇宙万物存在与变化的源泉,它必然是永恒的。因此也可以说,宇宙也是永恒的。
三、宇宙奇点问题
现代宇宙学是发展了的、科学的宇宙学,它以现代观测到的宇宙状况作为研究的基础,并根据自然规律的普适性法则进行推演,借以回答宇宙的过去和未来的诸多问题。这种研究宇宙学的推演法有两方面严格的要求:一方面对观测宇宙的了解要尽可能全面和细致;另一方面所应用的自然规律也要尽可能真实可靠。
科学家借助天文观测状况,结合广义相对论与粒子物理进行推演,提出了大爆炸宇宙学说。根据广义相对论原理,有人推出宇宙起源于一个奇点,时空从这一奇点开始,从而带来了奇点问题。而从宇宙基本原理出发,时空是永恒的,也就没有所谓的时空诞生于一个奇点这一说法。即宇宙基本原理否定宇宙奇点的存在。
那么,这种宇宙起源于奇点的说法有什么问题呢?第一,当前天文观测的准确性与全面性并不高,即使较之以前的确有很大进步,但是宇宙的奥妙远远不是人类所能完全理解的,因此达不到推演法的第一个要求;而推演法的第二个要求,即得出的理论要正确而普适于宇宙,也不可能完全达到,即便是在广义相对论已经是目前我们所已知的最好的引力理论的条件下。那么,广义相对论是否完备呢?爱因斯坦指出:“可是广义相对论还不完备,因为广义相对性原理只能满意地用于引力场,而不能用于总场,我们还没有确实地知道究竟该用怎么样的数学结构来描述空间里的总场,以及这种总场所遵循的究竟是怎样的广义不变定律。”可见,广义相对论的物理基础在于等效原理,其中弱等效原理只在局域范围成立,严格地讲,只在一点成立,引力场的出现必然使两个自由粒子间出现相对加速度,因此在全空间建立等效原理是不可能的。因此,广义相对论推出存在奇点不可信。
另外,如果存在这个奇点,就意味着宇宙在诞生时刻其能量密度和温度都趋于无穷大,但是物理上无法接受这种无穷大的概念。在这一个没有体积的点上,能量密度和温度都趋于无穷大,这是怎么出现的,物理实在又该如何体现呢?现在,对于超高能状况,地面实验室难以模拟再现。因此,当前理论不能确定宇宙奇点的存在。而宇宙基本原理则明显否定了宇宙奇点的存在。
四、黑洞奇点问题
在日前的宇宙学中,黑洞的研究正如火如荼地进行。黑洞研究中的一个重要疑难问题与奇点有关。这就是时空曲率发散,而且发散不能通过坐标变换来消除的内禀奇点。例如,史瓦西黑洞和克尔—纽曼黑洞r=0处的奇点定理,该定理是说真实的物理时空一定至少存在一个奇点。重要的是,彭若斯把奇点解释为时间开始或结束的地方。这样将物理实在否认的奇点归结为时空端点,导致人们无从讨论。但根据宇宙基本原理,时空是永恒的,即否认时空存在端点。因此,黑洞奇点同宇宙奇点一样并不存在。
虽然,科学家从理论上证明出了奇点定理,但也引入了一些假设,比如所谓的“宇宙监督”原理。但是,奇性定理是用类时或类地线证明的,因此这是一种在温度为绝对零度或无穷大的情况下证明的情况。而热力学第三定律禁止任何系统达到绝对零度或温度发散,因此奇性定理的证明与热力学第三定律冲突,尽管它是一个数学证明,但并不是一个物理证明,不能说明时间一定有开始或结束。同样,黑洞奇点的无穷大也是难以让人接受的,而宇宙基本原理则完全抛弃了黑洞奇点。