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转载:宇宙的基因: iwesun 2008-9-11 23:43; 宇宙的基因吴其文著　　 IWESUN序：吴其文大侠的《宇宙的基因》内容很广泛，俺还没细看，但先指出一个错误，原子振荡一次约为九十亿分之一秒，而大型计算机运算一次只需几千亿分之一秒。，计算机的速度，是等效法计算出来的，并不是主频，目前计算机的主频在GHz范围。　　其他方面，我大致感觉，希望用能量、物质、时间和空间四大元素，解释一些我们常见的自然现象，有可能更合理，也有可能还太简单，未必能够替代现有理论。　　对待一个陌生的理论，我不一定能全面理解，但总发现一些闪光点。希望大家也来发掘、发掘。吴其文著第一章宇宙的基因及其特征第二章能量场的构成、特征及其势力范围第三章能量的方向第四章力、温度、速度、密度的由来第五章物质的本质第六章空间与时间第七章太空与黑洞第八章漫谈地球物理现象第九章生命规则第十章宇宙基因论与力的物理学交流第十一章物理学和其它学科的联系与应用第十二章主观和客观二00七年　　点击下载：宇宙的基因.doc; 个人分类: 科学探索|980 次阅读|3 个评论

[原创]CERN质子对撞试验成功几率：小速度100% 近光速几乎为0: lixie6110532 2008-9-11 13:17; 按照两重宇宙大循环的时空原理和太极宇宙模型，物质宇宙和光子宇宙之间的临界速度是0.94281C（光速的三分之二倍根号二）。速度小于0.94281C的任何物质都完全属于物质宇宙，其速度特性完全符合物质宇宙的速度矢量规律，物质的空间位置和速度大小都是可以有效控制的。因此，CERN质子对撞试验如果是在0.94281C以下的速度进行，成功率为100%。当速度大于0.94281C，物质的宇宙属性将处于物质宇宙和光子宇宙之间的临界状态，即物质可能处于物质宇宙中，也可能处于光子宇宙中，这种状态出现的几率是随机的，其现象和原理与核外电子的描述一样。因此，如果CERN质子对撞试验的设计速度大于0.94281C，那么对撞将很难发生。因为当质子速度加速到大于0.94281C以后，质子属性已经发生变化，它可能仍然属于物质宇宙，也可能在物质宇宙中消失而进入光子宇宙。当质子从光子宇宙中返回，再次出现在物质宇宙中，其空间位置有二种情况：一种情况是在原位置附近出现，于是试验会发现质子就象核外电子一样，呈现出消失、再现的现象，准确的描述就只能借助电子云的概念；另一种情况就是根本就不在加速器可控范围内出现，于是试验发现质子永远消失了。也就是说，当速度大于0.94281C以后，质子的速度大小和方向、空间位置、存在时间都将变得不可预测和控制。据此推断，0.94281C的速度人类科技难以突破。综上所述，大于0.94281C以后，质子对撞就好比在沸腾的水中控制二个水分子相撞一样难，二个水分子的状态是可能在沸水中，可能在升腾的蒸汽中，也可能在盖子上的凝水中，随机而且难以控制。所以我认为：如果CERN质子对撞试验的设计速度大于0.94281C，那么对撞试验的成功率几乎为零。; 个人分类: 科技交流|3264 次阅读|8 个评论

无限时空－－后记: 陈学雷 2008-9-11 02:04; 以上基本是我所写的一篇科普文章的连载。这里所针对的误解，是根据我长期以来与公众接触所经常遇到的一些情况而写的。当然，它不可能回答所有人的所有疑问。使我感到欣慰的是，从网友的评论看，至少有些网友理解了本文的一些主要观点，比如鲍德海网友，虽然其对科学的观点与我有很多不同之处，但他基本理解了我的文章，还替我就若干问题回答了一些网友，谨此表示感谢。还有一些疑问本文没有涉及，但并不难回答，比如李亚辉网友曾问到，我们观测的星系的光是若干时间以前发出的而并非当前的光，因此我们观测到的不同红移的星系并非同一时刻，那么哈勃的膨胀公式如何能运用呢？这一疑问是合理的，严格地说只有在宇宙膨胀速度不变的情况下才可以用单一哈勃速率。对较小的红移我们可以做这一近似，但对较高红移需要考虑膨胀速度的改变，就好比在很短的时间内可以把一辆汽车的速度近似为常数。但较大时间内要考虑加速减速。实际上，这一效应宇宙学家们一般称之为光锥效应，是会考虑到的，只是本文没有提及而已。这里我举了李亚辉网友的一个疑问为例，当然还有一些其他网友提出了一些合理的问题，限于时间我未能一一回答，也许以后有时间可能会再写一些文章科普一下。有些网友在看了我的这篇文章后还是抱有一些怀疑的态度，这也是可以理解的。一个人对自己不了解的学问总是会多少有些疑虑。我去医院看病，对于医生给我的诊断和治疗，总是抱着点怀疑的态度。这里先不说具体医生的水平，就算是水平最高的医生，还有一个问题，就是不知道医学科学对我的病症究竟研究到了什么程度，其基本理论是否正确、完备？由于我自己不懂医学，因此很难做到在心理上完全信赖医学。同样的，很多人在心理上难以完全相信现代宇宙学，因为宇宙学里有很多与人们的日常直觉不同的说法，尽管这些都有它们的理论和观测证据，一个不抱偏见的普通人可以接受或者说相信专家的说法，但每一种说法其依据是什么，可信度有多少，这是外行所无法判断的，因此他也永远难以完全消除他的怀疑。通过科普，可以让感兴趣的公众了解一些有关的证据，但其程度仍然是有限的。对于自己不了解的东西保持一点怀疑也是健康的。现代宇宙学是发展中的科学而非宗教信条，它的一些基本理论有充分的证据，有一些部分则是合理的理论模型但还有待进一步的检验，也还有许多未解之谜。不过，我个人觉得，也许由于科普的不足，当前大多数公众可能心理上过分夸大了宇宙学中的不确定性。有一些人，尽管并不理解现代宇宙学，却根本反对它。比如，吴中祥教授就是一例。根据我阅读吴先生的博文，我感到他对广义相对论和宇宙学存在根本错误的理解，其中有一些，比如关于奇点的问题，关于运动超光速的问题，关于宇宙大爆炸不同于普通的爆炸（他把大爆炸理解为由于核反应造成的冲击波推动物质向外跑）我在本系列中已经解说过了。吴先生对宇宙学很关注，经常引用一些有关的新闻报道，但他对这些报道的理解则几乎没有一篇是完全准确的。也许我的这篇谈种种误解的文章对吴先生有一些参考价值，但我不奢望吴先生能改变他的观点。; 个人分类: 科学普及|8433 次阅读|25 个评论

无限时空－－谈谈宇宙学的科普和一些常见的误解（11）: 陈学雷 2008-9-11 02:02; 本文全文发表在《中国国家天文》2008年第8期，请勿转载 11。关于宇宙学科普的一些思考宇宙学是近年来研究最为活跃也是最吸引公众兴趣的科学之一，尽管我们已经取得了许多重大的进展，对宇宙的演化获得了初步的认识，但还是有很多未知的领域在等待着我们的探索。例如，我们已经知道的普通物质，仅占宇宙总密度的百分之四点五左右，宇宙中的其余部分则是未知的暗物质和暗能量，它们究竟是什么还是没有答案。人类对宇宙的探索还要不断深入下去。随着宇宙学的发展，对于宇宙学的科普也有必要不断改进。我认为，尤其应该注意这样几点：（1）对于宇宙学的科普应该与时俱进，逐步深化。现在，宇宙学的研究已进入精密宇宙学（precision cosmology)时代，对于宇宙中的演化，现在都有高度发达的定量化模型系统地予以描述。但是在我国，很多公众甚至一些科学家还把宇宙学研究当作画鬼，把宇宙大爆炸当作天方夜谭，这既是由于科普不够，没有能够向公众全面地反映当前宇宙学理论和观测的广泛内容，也是由于一些科普信息过于陈旧，把许多早已解决的问题当作未知的问题。科普工作者和教科书的编写者应该注意加强与前沿科学工作者的联系，及时更新科普作品和教科书的内容。当然，科研工作者也应该积极主动地介绍新的研究进展。（2）应该注意澄清一些容易引起误解的说法，例如像前面谈到的气球比喻，以及关于宇宙起源于奇点的说法，常常引起公众的误解。在使用这些说法的时候，应该做必要的解释。（3）科研工作者在介绍自己的工作时应该尽量做到准确，不能为了追求新闻轰动效应而片面夸大自己某项工作的重要性。而且介绍应该全面，避免引起误解。前不久（2008年5月初）有一则来自国外的新闻，声称找到了部分失踪的神秘物质，并称这些物质是以低密度气体形式存在。这则新闻被国内很多公众和一部分科学家误读，以为暗物质被发现了，有的朋友还来问我，说我不是一直告诉他们，暗物质不可能是普通的气体吗？何以现在又说是气体？其实，这些被找到的是失踪的普通物质，而非暗物质的主要成分。原来，普通物质也有一大部分没有被找到，因此这项发现本身也是很有价值的，但这篇报道却没能说清这一点，反而引起了思想混乱，不知是科学家未解释清楚，还是记者的失误，实在是件憾事。（4）像暴胀理论、暗物质、暗能量、星系形成等宇宙学的重要内容，本身不太容易理解，需要经常地、多角度多层次地向公众科普，使公众了解科学的这些前沿问题和研究方法。（5）在宣传重要的科学发现和进展时，应该注意对其背景做适当的介绍。特别是，当前关于宇宙学的重要发现的新闻报道往往来自翻译国外的报道，但国外公众的知识结构、文化背景等与我国有较大差异，如不加以适当解释，公众往往不易理解甚至产生误解。而国内的新闻机构在翻译报道时，很少咨询国内的有关专家，有时甚至翻译地驴唇不对马嘴。建议从事科技新闻采编报道的新闻工作者，应该尽可能多向国内的有关专家咨询一下，进行适当的补充。我认为，对公众普及宇宙学的知识是非常重要的。尽管宇宙学表面上看与日常生活并没有太直接的关系，但对宇宙的科学认识应是现代人世界观的重要组成部分，对于公众的人生观有重要的影响。全文完; 个人分类: 科学普及|6487 次阅读|1 个评论

无限时空－－谈谈宇宙学的科普和一些常见的误解（10）: 陈学雷 2008-9-9 23:15; 本文全文发表在《中国国家天文》2008年第8期，请勿转载 10。暴胀宇宙什么是暴胀呢？这是宇宙膨胀的一种特殊状态，这时宇宙的膨胀不减速而是加速，宇宙早期在仅仅10 -34 秒内，宇宙的大小就增加了至少10 20 倍。在暴胀结束后，宇宙继续膨胀，但膨胀速度逐渐降低，看上去就象标准的大爆炸。古思最初提出暴胀理论是为了解决所谓磁单极问题，后来他又发现暴胀还可以解决传统大爆炸宇宙学中的所谓视界问题和平坦问题。这里限于篇幅，只简单介绍一下平坦问题。所谓平坦问题，又涉及我们刚才提到的宇宙临界密度问题。如果宇宙的物质密度不是正好等于临界密度的话，随着宇宙的膨胀它会离临界密度越来越远。在古思提出暴胀理论的时候，人们对宇宙平均密度的测量还不太准确，但已经知道与临界密度最多差几倍，那么在更早期的时候这个密度应该非常接近临界密度。为什么早期的时候宇宙密度应该非常接近临界密度？在传统大爆炸理论中这是无法回答的。在暴胀理论中这个问题迎刃而解。由于宇宙早期发生过暴胀，暴胀期间把弯曲的时空抻平了。比方说，也许宇宙的空间几何本来是封闭的、有限的，但是发生暴胀后整个宇宙体积增大了如此多倍，以至于我们今天能够观测到的部分（也就是粒子视界以内的部分）只是整个宇宙的一小部分，宇宙的真正空间曲率半径远远大于粒子视界，因此我们就感到宇宙似乎是平坦的。这就好像我们在地球上，如果看到的部分远远小于地球半径的话，我们就感觉大地好像是平的一样。反之，对开放宇宙也是一样，只要曲率半径远远大于粒子视界，我们就感觉宇宙似乎是平直的。暴胀理论也为我们理解宇宙的几何和有限无限问题提供了新的视角。俄国宇宙学家林迪（Linde)提出了混沌暴胀(chaotic inflation)理论，按照这种理论，我们可观测的宇宙只是整个不断成长中的多重宇宙的一部分。暴胀的发生是由于早期宇宙一种标量场的能量，这里就不详细介绍什么是标量场等技术细节了，但不同点的标量场可能是不同的，这导致不同点暴胀的速度和持续的时间也不一样，暴胀快、暴胀时间长的地方空间膨胀的倍率远远多于其它地方，形成一个个大泡泡，整个宇宙中有许多这样的大泡泡，整个空间的结构则是分形的，但这些大泡泡的尺度都远远大于其中的粒子视界的尺度，因此对生活在其中的人类来说，并不能直接观察到这些分形，而只能看到一个平直的空间。不仅如此，由于量子效应，在宇宙中可能会不断形成新的具备发生暴胀条件的地方，因此会不断形成新的大泡泡。这样，整个宇宙不仅是无限的，而且和传统理解的无限均匀的宇宙也是根本不同的。当然，由于混沌暴胀理论讨论的宇宙远远大于可以被观测的宇宙，要证实这样的理论是相当困难的，甚至也许是不可能的。另外，混沌暴胀理论并非唯一的宇宙起源理论，实际上近来WMAP卫星的观测结果倾向于否定林德最初用来演示混沌暴胀的所谓 4 标量场模型。此外，现在也有一些其它的宇宙早期模型，如Steinhardt和Turok等人所建议的循环宇宙模型等等，究竟哪一种宇宙模型是正确的，还有赖于观测的检验。; 个人分类: 科学普及|7105 次阅读|22 个评论

九问黑洞: iwesun 2008-9-9 15:38; 九问黑洞　　黑洞目前很流行很流行，啥奇迹都喜欢和黑洞挂钩了，欧洲强子对撞机，人们担心是不是能造出个黑洞来？　　投靠魔鬼(力学) ，不如投靠上帝(热二或信息熵)！俺反问反问黑洞。　　 1.电子就是黑洞　　现在已知的3种力，有没有一种力可以抵抗电子自身引力的坍塌？如果没有，电子本身就是个黑洞，哪黑洞算个鸟呀，大家都是黑洞组成的。　　 2.四之五－－魅力　　电子如果不是黑洞，那么，一定存在老鲍发明的第5种力－魅力。　　原本的博格（共产主义社会，只有集体，没有个体，顶级强大，口号我们是博格，你们将被同化，抵抗是无效的！，在银河系已经同化掉了几万个种族）的编号是定好的，从四之一到四之四，谁叫老鲍是比博格还牛的Ｑ（宇宙导演级别的种族，隶属于连续体），于是四之五，就诞生了。（博格和Ｑ详见老美最长寿的科幻集剧《星际旅行-下一代》和《星际旅行-航海家》，值得一看）　　作为宇宙导演Ｑ的老鲍，魅力无限，魅力指数：五星！　　老鲍的Ｑ魅力理论：　　西方古人云:世界四大素:风,火,水,土...就差第五元素爱；　　中国今人云:宇宙四大力:引,电,弱,强...就差第五大力魅；　　---爱元素可以产生魅力...是阻挡宇宙黑暗势力的最重要因素!!! 　　3.引力的失效半径　　如果Q魅力是民科，那么，引力存在失效的半径，这个引力失效的半径，俺个人觉得，在电子半径，和质子半径之间，也就是说根本没有黑洞，最多是中子星。　　 4.黑洞不可怕　　如果太阳变成黑洞，很多人以为，地球就会被太阳黑洞吃掉，其实恰恰相反，太阳变成黑洞前，要爆炸，爆炸的一部分物质，永远回不来了，这样太阳黑洞对地球的引力减小了，而不是增大了。　　５.类星体黑洞　　类星体黑洞一年要吞1000个太阳，在一千万年内，要有100亿个太阳等着黑洞吞，这100亿个太阳，能老老实实等着黑洞吞么？是个啥东东，为什么不炸散了？　　6.宇宙大黑洞爆炸？　　大爆炸之初，宇宙的物质都堆在一块，按黑洞理论，类星体只不过是星系级的黑洞，大爆炸之初，是个超级宇宙级别大黑洞，还爆炸个鸟啊爆炸？吸住了。　　７.黑洞是个基本粒子　　黑洞里面到底是啥？谁也说不清，一锅粥，干脆说黑洞就是一个基本粒子吧，宏量子，烤盘说:黑洞（宇宙）是个大波波。　　８.光子黑洞　　正物质黑洞遇到反物质黑洞，会不会合并成一个光子黑洞？正负物质湮灭的时候，能量能不能跑出来？根据霍金辐射,这样的黑洞合并会蒸发掉了，引力又把大家骗了。　　　９.投靠上帝　　前几天和烤盘聊天，天文学家可能对大众隐瞒了啥东东，估计科学家找着上帝了，就是不说。　　还是投靠上帝吧, 质量的本质就是信息熵 ,热二才是决定性的,引力是个幻象,不能在所有层面起作用的。　　　看来黑洞也不仅仅是出轨，简直就是脱轨。（和松鼠会的高手学的）; 个人分类: 科学探索|1232 次阅读|3 个评论

无限时空－－谈谈宇宙学的科普和一些常见的误解（9）: 陈学雷 2008-9-8 23:52; 本文全文发表在《中国国家天文》2008年第8期，请勿转载 9。宇宙的几何：尘埃已落定我们前面说到，对于均匀的、各向同性的宇宙，其几何有可能是封闭的，也可能是平直的或双曲的。那么实际的宇宙究竟是哪一种情况呢？根据爱因斯坦的广义相对论方程，可以定义一个称为临界密度的概念。如果宇宙空间中物质的平均密度等于临界密度，那么空间就是平直的，如果大于临界密度，空间就是封闭的，如果小于临界密度，空间就应该是双曲的。这个临界密度大约是每立方米0.9x10 -23 克，大约相当于每立方米空间中只有一个质子。在很长一段时间内，天文学家通过各种观测得到的宇宙平均物质密度都小于临界密度，因此许多观测天文学家倾向于认为宇宙可能是双曲的，双曲空间是无限的。一些从事理论研究的人曾经倾向于认为宇宙是封闭的，封闭宇宙不但如爱因斯坦所希望的那样避免了数学上的一些困难，而且，当时认为封闭宇宙膨胀到一定程度后会在引力作用下由膨胀转为收缩，最终回到类似大爆炸时期的那种高温高密状态。如果有某种机制可以使宇宙在广义相对论失效的奇点附近使宇宙由收缩转为膨胀，那么大爆炸就会循环往复地发生,从而避免宇宙只存在有限时间的尴尬。说到这里，我们先停一下，顺便说说所谓宇宙的大小。有些书或文章里，提到宇宙的大小是10 28 厘米左右，还给出宇宙里的星系有多少，原子有多少等，这让人有些困惑。我们知道，在封闭宇宙中，空间是有限的，其大小可以说是宇宙空间的大小。对于平直和开放空间来说，显然空间的大小是无限的，因此也无所谓宇宙空间的大小，那么这个数是怎么来的呢？实际上，在这些书中，往往把哈勃尺度(光速与哈勃常数的比值)作为宇宙的大小，这个尺度大约是10 28 厘米。这种说法也有一点道理，因为这基本是宇宙的时空曲率倒数的大小。另外，这也差不多是我们今天所能观测到的宇宙的大小，因为我们现在看到的光子最早也是在大爆炸之后发出的，由于光速有限，其传播的距离也是有限的，一般把今天所能看到的最大时空范围叫做粒子视界。粒子视界的大小大致等于宇宙年龄（大爆炸距今的时间）乘以光速，而宇宙的年龄与哈勃常数的倒数差不多。为什么说是大致等于呢？因为严格地说距离这个概念在宇宙尺度上没有唯一的定义，而是有不同的定义方式，这些不同定义给出的值是不同的。那么，宇宙的几何到底是封闭还是开放的呢？1980年，美国宇宙学家古思提出了暴胀宇宙学，这一宇宙学理论预言我们可观测的宇宙其空间几何应该是几乎平直的，也就是说，平均密度应该等于临界密度。2000年，Boomerang和Maxima两个气球实验小组分别发表了他们的宇宙微波背景辐射观测数据，这些数据证明，宇宙的确几乎是平直的。在他们之后，WMAP卫星小组也于2003年发表了观测数据，进一步证实了这个结论，这可以说是宇宙中发生过暴胀的重要证据，确认了宇宙几何的平直性。可以说，暴胀理论使我们对宇宙起源问题的看法大大深入了。对于一些最基本的问题，例如宇宙是否有限这样的问题，暴胀理论也给予我们一种新的视角和解答。; 个人分类: 科学普及|6865 次阅读|4 个评论

最简洁的宇宙观: iwesun 2008-9-8 18:53; 　最简洁的宇宙观　　引：听别人要求陈老师用最简洁的几句话，概括一下他的宇宙观，俺也心痒痒。空间之球　时间之箭　一锅稀饭　　几只苍蝇; 个人分类: 科学探索|1005 次阅读|5 个评论

类星体之谜: iwesun 2008-9-8 16:55; 类星体之谜　　很久不关心天文学进展了，最近看到陈大侠的文章，才想起这个东东。　　这个东东，超级牛，红移很大，根据哈勃常数推算，应该在100亿光年的距离左右，直径在几个光天（和太阳系相当），但能量（功率）极大，几乎和银河系相当，到底是个啥东东，很久以前大家都迷惑。　　最新的研究成果，说类星体是个星系核心级（比如银河系核心）的超级黑洞的吸积，产生巨大能量辐射。　　俺对这个说法，还是有疑问，据说类星体是个超牛的黑洞，每年要吸收相当于1000个太阳的质量，这个吸积效应能够维持1千万年，也就是说总共要吸积100亿个太阳，这许多的太阳，放在太阳系里，其本身是个啥东东？俺还是迷惑。　　黑洞不算啥，能量效率只有10%，就是正负物质湮灭，能量效率也就是100%，俺都感觉类星体的能量还是不好解释，黑洞这一魔鬼，还是太弱小。　　另外，超级黑洞吸积，这个普通的原理，为何在比较近的地方不出现，比如银河系，或者较近的邻居没有这个妖怪？为什么要出现在宇宙的边缘，也就是创世初期的宇宙？　　俺自己的感觉，既然大爆炸了，何必向传统哲学妥协，非得依据大家习惯的时空，习惯的物质，习惯的星体等等。　　投靠魔鬼，不如投靠上帝！　　平直时空膨胀是不可测的，没必要继承宇宙无边无际的想法，类星体能量如此之大，撒旦是不够的,干脆请出创世神来帮忙吧。　　俺有个想法是，时空膨胀本身就是不均匀的，宇宙膨胀和引力是同源的，大爆炸的原始景象在时空膨胀过程中，必然破碎，类星体就是宇宙大爆炸的景象的碎片。　　大爆炸的原始景象，根据频率不同，破碎的程度不同，微波背景辐射基本是连续的膨胀，但短波（X射线以及可见光）不可能连续膨胀，会破碎成了一小块一小块的镜片，我们看到的类星体就是，宇宙大爆炸的原始的景象的碎片。　　谁能把类星体像拼图一样拼起来，就可以得到大爆炸的原始短波景象，一定很壮观。; 个人分类: 科学探索|1212 次阅读|4 个评论

无限时空－－谈谈宇宙学的科普和一些常见的误解（8）: 热度 1 陈学雷 2008-9-8 00:05; 本文全文发表在《中国国家天文》2008年第8期，请勿转载 8大爆炸理论与稳恒态理论既然宇宙是膨胀的，星系在离我们远去，那么我们沿时间上溯，就会发现这些星系在过去都离我们更近。在过去的某个时刻，一个现在远处的星系会和我们紧挨在一起。这个时刻是什么时间呢？如果宇宙的膨胀率一直不变的话，根据现代测量的哈勃常数估计，大约是140亿年前（实际的宇宙膨胀速率不是完全不变的，因此数值与此略有差别，但数量级是相同的）。在这个时刻，我们今天所能看到的整个宇宙，都会缩小到几乎一个点上，因此那时宇宙的密度必然是非常高的。压缩气体会使它变热，而使气体膨胀则会使之降温，因此在宇宙早期物质的密度和温度都应该很高。所谓宇宙大爆炸理论，指的就是宇宙曾经历过一个温度、密度都非常高的阶段，随后随着宇宙的膨胀，温度、密度都会降低，这一过程有点类似炸弹爆炸，因此，大爆炸理论的主要对手霍伊尔在一次BBC的科普广播讲座中把它称之为大爆炸理论（big bang theory）。应该指出的是，宇宙大爆炸和普通爆炸还是有很大区别的。在普通爆炸中，炸弹集中在空间中的一点上，爆炸后弹片四散飞入周围的空间。但在宇宙大爆炸中，是整个空间在膨胀，而不是物质从一点飞向周围。我们上面说过，空间有可能是封闭的，也可能是平直的或开放的。平直和开放的空间当然都是无限的，但这两种情形也可以发生宇宙大爆炸，这时其无限空间中的每一小块空间都膨胀长大，形成我们今天所能观测到的宇宙。按照宇宙大爆炸的理论，我们今天的宇宙仅存在了有限长的时间大约140亿年（使用更精确的数据，是137.3亿年）。人们自然会感到很困惑，在这之前难道宇宙就不存在吗？英国天文学家霍伊尔(Hoyle)、邦迪(Bondi)、戈尔德(Gold)等人对宇宙只存在有限的时间感到很不舒服。受电影《死亡之夜》（Dead of night）中循环发生的场景启发，他们提出了稳恒态宇宙理论。根据这一理论，星系间的相互距离随着宇宙膨胀越来越大，但会有新的物质出现，来填补由于膨胀所增加的空间。因而宇宙在整体上是稳恒的，任何一个时刻看上去都差不多。尽管霍伊尔无法解释清楚新的物质如何被产生出来，而且这也违反了物理学中的能量守恒原理，但是在他看来，这比整个宇宙被一下子创生出来还是容易理解得多。而且，当时大爆炸理论还有一个困难，如上所述当时测得的哈勃常数比今天大7倍，导致大爆炸模型里宇宙的年龄只有20亿年，比已知的地球年龄还短，而霍伊尔的稳恒态理论没有这个困难。稳恒态宇宙模型由于预言任一时刻的宇宙都差不多，是比较容易证伪的。当时（上世纪50年代），人们观测宇宙距离天体最好的办法是观测射电源，这基本上是一些类星体。如果射电源的密度和强度分布像稳恒态宇宙模型预言的那样在任一时刻都相同，那么人们所能观测到的源的数量应该反比于源强度的3/2次方。对于大爆炸宇宙理论，星系存在形成和演化的过程，因此未必满足这个关系式。与霍伊尔同在剑桥的射电天文学家赖尔(Ryle)等人的观测表明，射电源的分布的确不满足这个关系。不过，赖尔等人与霍伊尔存在严重的个人矛盾，他们的早期工作也存在许多错误，因此在一段时间内，双方唇枪舌剑，问题没有完全解决。1959年，一家杂志曾在当时最著名的天文学家中做过民意测验，结果11位专家支持大爆炸理论，8位专家支持稳恒态理论，剩下的14位则或者不确定，或者两者都不支持。但是，到60年代中期，观测技术已经得到改进，有充分的观测证据可以排除稳恒态理论了，即使是霍伊尔等人，虽然此时仍拒绝接受大爆炸理论，但也不得不承认他们原来的模型无法成立。我们上面说，宇宙大爆炸是根据观测到的宇宙膨胀的事实，向过去追溯推出的结论，那么追溯上去到大爆炸那一刻，宇宙究竟是什么样子呢？勒梅特认为，最早的时候所有的物质都凝聚成一个超级原子，这个原子是不稳定的，衰变时发生大爆炸，分裂成我们今天所知道的物质，这只是他的一个猜想，还不是一个完整的科学理论。伽莫夫和他的学生阿尔弗（Alpher）、赫尔曼(Herman)则认识到，尽管宇宙开始的最初时刻听上去很玄，但其实这时宇宙的状态完全可以用当时刚刚发展起来的核物理理论加以研究。我们知道，原子中大部分质量集中在原子核中，因此当密度非常高的时候，原子核将密切接触。另一方面，由于温度也很高，因此这些原子核也将被打碎。因此，在宇宙早期，物质应该以中子、质子等基本核子的形式存在。伽莫夫等人意识到，利用核物理理论和统计热力学，可以很自然的解释氢和氦的来源。在很早的时候宇宙温度很高，原子核也会分成亚原子粒子，随着宇宙的膨胀，温度降低，就可以形成基本的核子：质子和中子，其它的原子核都是由它们组成的。最轻的原子核氢核其实就是一个质子。在大爆炸时核子间相互反应，就会形成一些复合的原子核，比如氢的同位素氘，以及氦核等等。根据这个理论算出来的氢和氦应该分别占3/4和1/4，与天文观测符合得很好。不仅如此，阿尔弗等人在利用统计物理学理论研究时还发现，宇宙早期的高温应该产生大量的光子，这些光子在大爆炸之后应该在宇宙中自由传播，今天将以微波波段的黑体辐射形式存在，各个方向温度都基本相同（差异约为十万分之一），这是大爆炸理论所独有的重要预言。果然，1964年贝尔实验室的彭齐亚斯和威尔逊发现了宇宙微波背景辐射，证实了这个理论的预言，大爆炸理论从此被绝大多数天文学家所接受。那么，在核合成时期之前，如果我们再向上追溯，宇宙又是什么样呢？遗憾的是，这涉及到极高能量的物理，而对于这样的物理规律，我们了解还比较少，虽有一些猜测，但还远非确定，因此这里尚有许多未解决的问题。有的书中描述宇宙大爆炸时谈到大爆炸那一点是个奇点，这个说法也造成了一些人的误解，觉得很难理解宇宙如何突然从一个点冒出来。实际上，所谓奇点不过是说广义相对论失效的点，这本身只表明广义相对论不是一个完备的理论，而只是某种更深层次理论的近似。我们知道广义相对论与量子力学理论难以统一，因此它肯定不会是最终的理论。当宇宙的特征尺度达到所谓普朗克长度的时候（约10－33厘米），引力的量子力学效应将非常明显，我们现在基于广义相对论作出的推论肯定要失效。更基本的理论必须能描述量子引力。在这样的量子引力理论中（现在的超弦理论和圈量子引力等是构建量子引力理论的不同尝试），也许可以克服这个困难而不出现奇点。另一方面，如下面所述，也可能在达到这个尺度之前，某些新物理就改变了宇宙演化的方式，例如宇宙发生暴胀等。因此，现在说到大爆炸理论一般只是指宇宙早期经历过高温高密的阶段，而并不是指宇宙一定从一个奇点产生。; 个人分类: 科学普及|7651 次阅读|12 个评论

无限时空－－谈谈宇宙学的科普和一些常见的误解（7）: 热度 1 陈学雷 2008-9-7 09:22; 本文全文发表在《中国国家天文》2008年第8期，请勿转载 7。类星体红移不再是谜在上世纪六十年代，发现了一种叫做类星体的天体。对于星系来说，我们能看到它的大小，而类星体看上去只是一个点，其体积很小大约只有太阳系大小，红移却颇高，如果这个红移是宇宙学红移，那就意味着类星体非常远，它要被我们看到就一定非常亮，释放的能量大于整个星系（几百亿颗恒星）的能量，这在当时看来很神秘。因此，阿尔普（Arp）、伯比奇夫妇、霍伊尔等几名天文学家主张，与星系红移不同，类星体的红移未必是宇宙学红移。阿普找到了一些例子，比如几个红移相差很远的类星体排成一条直线，或者某个红移很高的类星体与一个星系间似乎有物质桥相连，以此证明类星体可能是被星系高速抛射出去的，它们的红移不是真正的宇宙学红移。但是，绝大多数天文学家则认为，这种排列只是巧合，而所谓物质桥可能并不存在，只是该次观测时望远镜光学上的一些问题所致。而且，如果类星体真是物质抛射造成的，我们应该也能看到蓝移的类星体，而实际上并未发现，因此这种假说是站不住脚的。阿尔普等人都是著名的天文学家，他们的学说作为标准宇宙学理论的对立面在当时引起过广泛的关注，很多新闻报道和科普文章都介绍过他们的这些观点。而且，我国的天文学家也曾与他们中的几位有很好的合作关系。可能部分由于这些原因，在我国的很多科普书籍和文章中直到今天也还常常把类星体的红移作为一个谜来介绍。其实，他们的理论从一提出来就不被大多数天文学家所接受，而且高红移类星体的巨大亮度也有很合理的解释。一般认为，在星系的中心存在着大质量的黑洞，物质在坠入这些黑洞的过程中会释放大量的能量，完全足以解释类星体的巨大光度。这个理论模型在上世纪六十年代就已被提出了，但当时的观测比较少，证据不多，比如当时还没有看到类星体处在星系的中心由于类星体很亮，加上大气折射造成的影像模糊，很难观测到类星体所处的比较暗淡的星系。但是，现在利用空间望远镜可以看到一些类星体所处的宿主星系（host galaxy）。另外，赛弗特星系（Seyfert galaxy）的很多性质与类星体相似，只是亮度小一些，但从形态上看这也只是普通的旋涡星系，这都为类星体的标准解释提供了证据。对于类星体吸收线的研究也给出了星系际介质演化的图象，这个图象也与标准理论给出的图象一致。因此，除了阿尔普等个别人（因为是四个人，有时被戏称为天文界的四人帮）坚持自己的观点不改，继续反对标准解释外，几乎所有天文学家都同意类星体的红移就是宇宙学红移。我觉得，如果是专门介绍类星体研究的历史过程，当然可以把阿普等人的观点作为一个学派加以介绍。但在一般介绍宇宙学或类星体的科普中，不宜再把类星体的红移作为一个谜来介绍，特别是在篇幅不大的介绍中一般也没有必要去专门介绍阿普等人的理论。对类星体的介绍应该与时俱进，转向今天的研究前沿。; 个人分类: 科学普及|8099 次阅读|17 个评论

无限时空－－谈谈宇宙学的科普和一些常见的误解（6）: 陈学雷 2008-9-6 00:15; 本文全文发表在《中国国家天文》2008年第8期，请勿转载 6．膨胀宇宙的证据：红移天体（包括恒星和星系）光谱中有一些谱线，我们知道它们是一些不同原子或分子产生的，有固定的波长。但是，观测到的天体谱线的波长与实验室里测到的又不完全相同，而是每一个都增长或减少了一个固定的百分比，但这个百分比每个天体又各不相同。这被称为谱线的红移（如果波长增大）或蓝移（如果波长减小）。物理学家已经知道，物体的运动会导致谱线的红移和蓝移：如果物体背离我们运动，谱线发生红移，朝向我们运动，谱线发生蓝移，这就是所谓多普勒效应。对恒星的观测表明，恒星的谱线有的发生红移，有的发生蓝移。 1912年～1917年，美国天文学家斯利弗（Slipher）观测了25个河外星系（当时称为星云，因为那时还不完全清楚这些是河外星系）,发现4个有蓝移，其余21个有红移。这在当时看来是件奇怪的事,因为如果我们的银河系是一个普通的星系，而各个星系的运动是随机的，那么平均说来应该有一半接近我们，一半远离我们。现在大部分都发生红移，那怎样解释呢？实际上，勒梅特等理论家所主张的宇宙膨胀可以很自然地解释这一现象：由于宇宙膨胀，大多数星系随着空间膨胀而离我们远去，因此其光谱红移。但是，最接近银河系的几个星系，与银河系共同构成了一个称为本星系群的结构，它们不再随宇宙膨胀，而是在引力相互作用下互相围绕、旋转（最终会互相碰撞后合并为一个星系），因此相对运动有可能互相接近而产生蓝移。美国天文学家哈勃(Hubble)的观测进一步证明了上述图景的正确。他和助手赫马森（Humason）使用天文上的一些经验方法测量了一些星系与我们的距离，发现这些星系的红移和与我们的距离成正比，这种比例关系称为哈勃定律。由于当初距离定标上的错误，哈勃测量的比例系数（称为哈勃常数）比今天的测量值大7倍，但是星系的红移和与星系距离成正比本身是可靠的，不受这一错误的影响。如果我们考虑红移是由于空间整体膨胀形成的，那么简单的计算表明恰好有这种关系，而如果红移是其它原因造成的，则哈勃关系就不是那么自然了。星系的红移可以用多普勒效应来解释，哈勃原始论文图中画的不是红移而是所谓退行速度。但既然退行速度是正比于距离的，那么当距离足够远的时候退行速度岂不是超过了光速？这个问题在一些人中引起了混乱。但是，实际上这个速度超过光速并没有什么关系。首先，我们要知道在相对论中不能超过光速的是信息传播的速度。如果某个速度并非信息传播的速度，那它超过光速也没有关系。比如，学过大学物理的人都知道波传播的速度有群速度和相速度之分，相速度超过光速是司空见惯的。即使是群速度，也不等于信息传播速度，在一些具有反常色散的介质中也已经实现了波群速度超过光速。不过，在狭义相对论中，在任何一个惯性参照系中一个物体的速度总是小于光速的，因为一个实际物体的运动速度当然是一种信息传播速度。但在广义相对论中，一般说来不存在包括整个时空的惯性参照系，人们只能在时空的一个点附近定义局域惯性系，在这种局域惯性系里物体的运动速度是不能超过光速的，但这种局域惯性系覆盖的范围很小。只有在一些非常特别的时空里才允许定义全局惯性系，但这不具有普遍性。对于宇宙远处的物体来说，它们的速度这时只是一种坐标速度，这种速度无法用来传递信息。严格地说，只在局域惯性系内红移可以完全用运动多普勒效应解释，在宇宙尺度上，最好把红移解释为光波随着空间膨胀而变长。除了宇宙的膨胀造成的红移(以下简称宇宙学红移)以外，引力也可以造成红移，因此，也有过不少人尝试用引力效应解释星系的红移，最早的是著名天文学家兹威基（Zwicky）。但是，星系本身的质量也可以通过其中恒星的运动速度以及其产生的引力透镜效应等方法估算出来。使用这些方法，人们发现了星系的质量大于其中的发光物质，即星系中存在暗物质。尽管如此，这些物质产生的引力红移还是太小，难以用引力红移解释观测到的高红移天体。还有人假定光在传播中可以自己损失能量，或在与其它物质相互作用时损失能量。这些学说很早以前就有人提出了，但这些假设都和已知的物理理论相矛盾，既没有其它证据支持，也无法对丰富的天文观测给出完整的解释，因此，现在星系红移的宇宙学起源已经被天文学界普遍接受，不再是有争议的问题。; 个人分类: 科学普及|7027 次阅读|6 个评论

无限时空－－谈谈宇宙学的科普和一些常见的误解（5）: 热度 1 陈学雷 2008-9-5 01:29; 无限时空－－谈谈宇宙学的科普和一些常见的误解（5）我这个系列的前几篇，颇引起了一些网友的讨论，我没有予以答复。这主要是因为，我这篇文章早已写好，只是依次发到博客上而已（文章很长，分多次发可让有兴趣的读者慢慢思考），很多最常见的误解造成的疑问（基本上所有评论中出现的对大爆炸理论的质疑都属此类），后面自然会谈到，大家看下去就明白了。本文全文发表在《中国国家天文》2008年第8期，请勿转载 5。膨胀，常见的误导模式爱因斯坦提出他的静止宇宙模型后，有几位研究者考虑了其他的可能性。比如，德西特(de Sitter)研究了只有宇宙学常数而没有普通物质的宇宙模型，弗里德曼(Friedmann)研究了没有宇宙学常数而只有物质的宇宙模型，勒梅特(Lemaitre)研究了宇宙学常数和物质不是正好象爱因斯坦模型里那样达到平衡的情况。他们都发现，在这些情况下，宇宙不会是静止的，而是处在膨胀或收缩中。怎样理解宇宙的膨胀或收缩呢？这应该理解为空间的整体膨胀或收缩。这还是比较抽象。在科普书籍中最常见的形象解释，是沿用上面介绍爱因斯坦宇宙理论的办法，用一个二维的球面代表宇宙的三维空间。然后这个球面象气球一样膨胀。如果在气球上用笔点几个点代表星系，就会看到随着气球的膨胀，这几个点彼此的距离会增大，代表星系彼此远离。反之，收缩的时候这些点的距离会减小。这个类比还可以说明一个问题：在球面上并没有哪个点是特殊的（在地球表面有两个点是特殊的，即南极和北极，那是地球旋转的中心，如果地球不旋转，就无所谓哪里是南极，哪里是北极了，每个点都是平等的）。以每个点为中心看去，别的点都在离之远去，因此可以说每个点都是中心。这个类比很生动、形象，被几乎所有的科普书所采用，但它也有缺点，那就是它给人一种印象，似乎宇宙一定是有限的，宇宙的膨胀是由于宇宙有限，而且它也给人们一种印象，即如果一直向上追溯，整个宇宙就一定会缩成一个点。这其实是一种误解。实际上，并不是只有封闭空间可以膨胀，开放和平直空间同样可以膨胀，但这当然不是很直观，需要人们有一点想象力。假定我们面前的电脑屏幕上显示了一幅画面，如果我们想看清画面的细节，我们可以用键盘或鼠标选择放大，这时画面就放大了，这种放大就有点类似宇宙膨胀。当然这样一来，原来有些在电脑屏幕上显示的部分就无法显示了，但我们可以想象它们在可见屏幕之外。如果我们把不同的放大率的图像连起来成为动画，就有点类似看到的空间的膨胀。因此，在前不久我参与制作的中央电视台科普纪录片《宇宙大爆炸》中，我特意要求制作了平直空间膨胀的图象。在这种膨胀中，同样每个点都是中心。实际上，如后文所述，近年来的观测表明可观测宇宙的几何是平直的。但是由于上述气球例子给人造成的误解，这个消息对不少人来说是大吃一惊，下面是我的一位朋友的风趣表白：我怀着强烈的愤慨，对天文学家们不负责任的忽悠行为进行最严厉的血泪控诉。想当年，像广大劳动人民一样，本人根据朴素的阶级直觉，认为宇宙是平直的，无限的。但是天文学家们说宇宙在时间上和空间上是有限的，起源于一次大爆炸，膨胀到现在的大小就是宇宙的大小。至于边缘是什么，天文学家们搬出二维球面这个例子，来说明什么是有限无界，让我们这样的劳动人民不但觉得自己渺小可怜得像被限制在二维球面的二维蚂蚁，还对能站在比我们高一维时空观察和思考的天文学家们崇拜到了极点。在自己觉得深刻领会了天文学家们的高深观点之后，为了提高广大劳动人民的理论认识，每次酒足饭饱之后，还义务当了好几回普及员。当讲到三维有限无界这一概念，看到大家惊讶的样子，心中充满了三维蚂蚁对二维蚂蚁的优越感，俨然觉得自己已经成为了一只三维半蚂蚁。当然还要装得很体谅二维蚂蚁的样子，心里想着这些可怜的二维动物哟，甚至都不知道自己是扁的（心里爆笑），然后很满意地摸摸自己三维球面的肚子。可是到了今天，天文学家们放了好多卫星，量了一下宇宙，说，宇宙是平直的。这这这这这。。。关于宇宙膨胀还有一个常见的误解，就是以为一切东西，比如太阳系甚至地球，也跟着宇宙膨胀。实际上，宇宙膨胀是就宇宙整体而言。但是宇宙不是完全均匀的，在其中密度较高的地方，引力较强，膨胀会减速，密度越高，减速越快，最终膨胀会停止并转为收缩，物质会塌缩成一团，经过冷却收缩后形成我们今天看到的星系。在星系内，又会形成恒星和行星等。所以，现在我们生活的地球以及太阳系、银河系等并不跟着宇宙膨胀. 如前面所述，在上世纪二十年代，由于未能摆脱千百年的思维习惯，爱因斯坦仍以为宇宙是静态的, 但多位理论家已经认识到膨胀宇宙的可能性。同时，推翻静态宇宙的观测证据也出现了。; 个人分类: 科学普及|7769 次阅读|12 个评论

无限时空－－谈谈宇宙学的科普和一些常见的误解（4）: 陈学雷 2008-9-4 00:08; 意外的发现，我的这几篇文章的评论竟成了论坛一样，其中的（2）竟然有多达七十多个评论，尽管大多数回复未免离题太远，成了几个人之间斗嘴了，本来想一删了之，但这么热闹也不常见，我还是留着吧。有些人整天在这叫嚣他那点误解，不要急，后面还有好几篇呢，会说到那些的。吴中祥先生问我为什么说不答民科的质疑，因为民科的特点就是答了，他也既听不懂又听不进去，所以我就不浪费那功夫了。 4。爱因斯坦第一个宇宙模型，其实不是大爆炸本文全文发表在《中国国家天文》2008年第8期，请勿转载上世纪八十年代初我上中学的时候，尽管意识形态上的坚冰还没有完全打破，但已经可以读到一些讲爱因斯坦和相对论的科普书。这些书里讲的许多东西当时我都不太懂，却让我感到非常有意思。这些书里也介绍了爱因斯坦建立广义相对论后提出的第一个宇宙学模型：有限无边的静态宇宙。在古代，当然也有宇宙有限论，但其实那在很大程度上只是由于某种神话、传说或信仰对宇宙的描述到某个地方就结束了。在这个宇宙外边是什么呢？在时间出现以前是什么呢？其实这些都没有答案，或者只能是上帝、造物主这一类的答案，这类答案对于喜爱思考的人来说显然是不能满足的。所以牛顿无限时空观相对于这些观点来说，确实是一种进步。而如果宇宙是无限永恒的，当然也就谈不上有一个上帝去创造宇宙，这也是为什么当时恩格斯、列宁等主张唯物主义哲学的人主张宇宙无限的原因之一。出于同样的理由，一些西方宗教人士则偏爱那些宇宙有限的理论，因为这和上帝创造世界的教条好像比较一致。不过，也有人持相反的态度，比如德国哲学家康德认为，宇宙如果是有限的，那么上帝的能力未免太有限了，因此宇宙应该是无限的。但是爱因斯坦的有限宇宙模型与以前的这些有限宇宙不同，他的理论是基于非欧几何，这与我们在日常生活中形成的对空间的直觉很不相同，难以直观想象，因此只好做个类比。比如想象一种扁平的二维生物，没有三维概念。它们生活在曲面上，但曲面的曲率半径很大，那么它们感觉自己是生活在平面上，正如我们生活在地球上，自己却感觉大地是平的。地球是有限的，但大地并没有边缘，这就是有限无边宇宙的概念。当然，从三维的角度看，地球是有边的：这就是我们所生活的地球表面。但是，二维生物无法体验到这一点。同样，在爱因斯坦的这个宇宙模型里，你可以说从更高的维度看它是有边的，但三维的我们无法看到这个边，尽管我们正在其中生活。非欧几何是爱因斯坦之前就已被数学家发现的。但是，在提出广义相对论之前，没有什么理由认为我们所处的空间应该符合非欧几何。在广义相对论中，空间和时间是一个整体，在充满物质的宇宙中这个四维时空是弯曲的，弯曲的程度（四维时空曲率）由其中的物质决定。至于其中三维空间部分，则既可能满足欧氏几何，也可能满足非欧几何。一般的弯曲时空是很复杂的。爱因斯坦在研究宇宙学的时候引入了一个假定，即所谓宇宙学原理，使问题得到简化。假定宇宙处处都没有什么不同，向各个方向看去都是一样的（均匀、各向同性）。使用这个假定以后，数学计算就大大简化，这时空间曲率等于一个常数，弯曲空间的几何有三种可能性：曲率大于0（称为封闭空间或球形空间）、曲率等于0（称为平直空间或欧几里德空间），曲率小于0（开放空间或双曲空间）。如果考虑二维的类比，则我们可以用球面、平面、双曲面（马鞍面）来类比。值得注意的一点是，一个弯曲的时空，它的空间部分不一定是弯曲的，也可以是平直的－所谓平直是指空间曲率为0，这时空间部分可以用欧几里德几何学描述，弯曲体现在时间流逝的不均匀上。那么宇宙的几何到底是哪一种呢？这需要用实验观测来决定。在平直空间中，三角形的三个内角之和是180度，但在弯曲空间中则并非如此。比如，对于地球表面（二维球面）来说，我们从北极出发，沿着0度经线向南走，走的是球面上的短程线对于球面上任何一点的人来说，这看上去就象直线。走到赤道后，我们再沿赤道向东，走到东经90度，然后再沿着经线北上回到北极。这个三角形中的任何一段都是球面上的短程线（注意，除了赤道外，其它的纬线并不是短程线），但三角形之和却是270度。这是一个二维的例子。在三维中，也可以通过三角测量来判断几何的性质。最早做这种测量的是高斯，他测量了德国三座小山锋顶构成的三角形之和（注意不是在二维球面上的三角形而是三维空间中的三角形），并未发现偏离平直空间的迹象。当然在爱因斯坦的时代，观测还无法确定宇宙的几何，因为即使空间是非平直的，只要空间曲率半径足够大，那么当你测量的三角形边长远远小于曲率半径的时候，你仍然无法从观测上区分这种时空和平直空间。2000年通过对微波背景辐射的观测，这个问题才得以基本解决，观测发现可观测的宇宙空间部分基本是平直的。爱因斯坦时代并没有宇宙空间是平直或非平直的证据，他提出有限宇宙理论的时候给出的动机是为了解释牛顿宇宙中的另一个数学困难：牛顿引力势发散问题，这个问题在此我就不多介绍了。爱因斯坦宇宙模型尽管是有限的，但其实无法解决奥伯斯夜黑佯谬，因为在爱因斯坦宇宙模型里，你如果一直朝一个方向走，你会最终回到出发点，正如在地球上，如果你一直向西走却会回到东方。由于这个宇宙也存在无限长的时间，而光在这个宇宙里可以不断绕圈无限传播下去，因此天空亮度还是会发散。爱因斯坦构建这个理论还遇到了一个问题，因为物质间万有引力的缘故，他无法让这个宇宙保持静止，物质产生的引力会使它们彼此落向对方。或者，用广义相对论的说法，物质造成时空弯曲，而时间部分的弯曲使宇宙无法保持静止。为了克服这个困难，他又在引力场方程中加入了一个常数项，称为宇宙学常数。这一项现在科普的时候常常称之为万有斥力或反重力。其实有必要说明一下，它和我们一般理解的引力或斥力是不同的，因为它并不是物质彼此之间有斥力，而是说在有这一项的情况下造成的时空弯曲与普通物质造成的弯曲相反。这样爱因斯坦就构造了有限静止宇宙模型。但是爱因斯坦的这个理论后来被天文观测否定了，观测表明宇宙是膨胀的而不是如爱因斯坦所假设的那样静止的。遗憾的是，很多人在读了科普书后产生了误解，以为爱因斯坦宇宙模型仍然正确，或者把爱因斯坦模型与大爆炸宇宙模型混为一谈。; 个人分类: 科学普及|9659 次阅读|19 个评论

无限时空－－谈谈宇宙学的科普和一些常见的误解（3）: 陈学雷 2008-9-3 00:09; 本文全文发表在《中国国家天文》2008年第8期，请勿转载发了前两篇后，发现已经有不少人急了，哼哼，别着急，这个系列有十来篇，你们的误解多半后面会提到的。另外，各位如果自认不是民科，就请不用急着来对号入座。如果自认是民科（也就是不懂却自以为懂，听不进我的话的），恕我就不奉陪了。本文后列出的相关文章，是由科学网的软件根据发表文章时填的标签自动选择的，并非我有意要加某人或不加某人的某篇文章，列出的文章也并非说明我对之表示认可。对于本文来说，我填的关键词是宇宙学，如果想让自己的文章在这些相关文章里出现也不难，照样在自己文章里填上就是了，请不要还没弄懂就乱猜一通我的想法，还说什么列入的哪几篇属于哪一类云云。 3．广为人知的奥伯斯佯谬和获得意外青睐的层级宇宙还是回到牛顿宇宙上来：它本身存在一些内在的困难，这一点人们很早就意识到了。比如著名的奥伯斯佯谬（Olbers paradox）：如果宇宙是无限而永恒的，并且其中均匀分布着恒星（这看上去也是很合理的假定），那么我们朝任何方向望去，都有无限颗恒星，虽然远处的恒星的光传到我们这里也会有所减弱，但总的效果是，夜空将不是黑暗的而是无限亮的。这与事实显然不符合，所以这种宇宙图象不可能是完全正确的，但问题究竟出在哪里呢？在现代宇宙学建立之前，人们很难给出确切的答案。奥伯斯本人认为，星光被分布在宇宙中的物质所吸收。不过如果真是如此，这些物质本身也会被加热并发光，因而夜空虽然不是无限亮，但也应该是亮如白昼的。如果恒星不是一直存在，而是只存在了有限长的时间，那么这个佯谬可以解决这是为什么在现代宇宙学里不存在奥伯斯佯谬的根本原因，因为根据现代宇宙学理论，第一代恒星是在宇宙大爆炸之后，距今一百三十多亿年前才开始逐渐形成的，大部分恒星的形成还要晚得多。在现代宇宙学里，还有另一个因素也有利于这个问题的解决，那就是由于宇宙的膨胀，恒星发出的光被红移了，这也减弱了星光。实际上夜空中还是有星光背景的，特别是在红外波段夜空不完全是黑的。但是，在牛顿宇宙学的框架里，很难使用这种办法解释奥伯斯佯谬，因为既然宇宙一直存在，那么为什么直到某一刻恒星才开始形成？除非借助上帝的第一次推动，否则这不太容易理解。一种在传统牛顿时空框架内解释这个佯谬的办法是所谓层级宇宙：恒星组成星系，星系则组成更高一级的某种结构，如此一层层上去。瑞典天文学家沙利尔(Carl Ludwig Charlier,1862年～1934年)曾提出了这样一种宇宙模型在此之前，德国数学家朗伯特（Johann Heinrich Lambert,1728年～1777年)也有过类似的思想，用现代的数学语言来说，他们认为宇宙里的物质分布是一种分形(fractal)结构。由于这些结构是一层层形成的，因此当我们考虑越来越大的尺度时，恒星的密度也越来越低，这样当计算夜空中星光的时候，就不会无限亮了。这个理论提出的时候，缺乏相应的数学工具（分形理论），观测上也没有什么证据，因此并不太受重视，研究上也没有取得多大进展。后来曼德尔布罗特(Benoit Mandelbrot)提出了分形数学理论，证明可以用这种方法在传统时空的框架内解释奥伯斯佯谬，不过那时大爆炸宇宙学理论已经有其它证据支持了，因此这只是作为一种数学模型，而并不反映真实宇宙，曼德尔布罗特本人也并不反对大爆炸理论。现在的宇宙学理论认为，在一定的尺度上，星系的分布可以视为分形结构，但在更大的尺度上（大约十亿光年以上）星系的分布基本是均匀的，不构成分形结构。关于这个转变尺度的具体值，学术界目前也还有不同看法，也有一些学者认为这个转变尺度远远大于十亿光年，但这个分形大尺度结构的形成过程可以用现在的标准宇宙学理论解释清楚。不过，在比可观测的宇宙更大的尺度上，宇宙又有可能是分形的（见后面讨论混沌暴胀的部分），但这与沙利尔原来的想法已经大不相同了。尽管沙利尔的理论在西方并未受到太大的重视，但因为这种层级宇宙的思想与我国哲学教科书中的某些观点似乎比较一致，因此一度在我国的各种天文教科书以及天文馆的展览中都常常提到它; 个人分类: 科学普及|9185 次阅读|20 个评论

无限时空－－谈谈宇宙学的科普和一些常见的误解（2）: 陈学雷 2008-9-2 05:32; 本文全文发表在《中国国家天文》2008年第8期，请勿转载 2。牛顿宇宙顽强的生命力记得上世纪七十年代我第一次参观了北京天文馆，给那时幼小的我留下了极其深刻的印象。比如，从地球到月球的距离火车要走一年（当时的火车开得没有今天快,但那时习惯了北京公共汽车速度的我还是觉得火车快的不得了），但这还仅仅是离我们最近的天体。地球到太阳的距离坐飞机要飞20年。从银河系的中心到我们这里即使是光也要经过大约3万年的时间，而在银河系的外面，还有数不清的同样的星系。在天象放映厅里，望着天象仪（那时还是老蔡斯天象仪，不是现在的数字化天象仪）投射出的浩瀚的星空，我感到一种心灵的震撼。宇宙是无限的，天文馆的展览如是说。那时的小学自然常识课本、中学地理课本和哲学课本，谈到宇宙的时候也都说宇宙是无限的。无限是什么？虽然这些课本里说的并不详细，但我的理解是无边无际，无始无终。我那时觉得宇宙是无限的这个说法很优美也很自然：是啊，如果空间是有限的，那么空间的外边是什么？如果时间有开始或者结束，那么开始之前、结束之后又是什么？相对于无限的宇宙，人类是如此渺小，无论我们再怎么探索，我们永远也不可能穷尽这宇宙，而且这宇宙也将一直存在而不会消失。这一图象让人感到很自然。但是后来我发现，当时我心目中建立起来的这个宇宙图象其实就是早已被科学界所摒弃的所谓牛顿宇宙。为什么到了上世纪七八十年代，爱因斯坦提出广义相对论已经五六十年了，天文馆的科普和中小学教科书还给人传递牛顿宇宙的图象呢？当然，牛顿宇宙比较符合一般人日常的朴素直觉，而要给中小学生讲清现代宇宙学的观点是有很大困难的。但是，当时这种误传主要并不是因为当时的教材没有讲清楚，可能也不是怕讲不清楚而有意回避，而是这些教材根本反映的就是现代宇宙学出现以前的观念。在那个时代，我国一般公众所了解的关于宇宙的说法，主要来自马列主义哲学教科书。马克思关于自然科学的论述不多,恩格斯生活在相对论发现以前的年代，列宁虽然是相对论提出之后才去世的，但他关于时间空间的主要论述发表在1909年出版的《唯物主义和经验批判主义》以及稍后的《哲学笔记》中，并没有提到过相对论或爱因斯坦。尽管作为哲学家他们对时空和宇宙也有自己的一些独特思考，但他们的时空观念还是基本反映了相对论提出以前的认识。但遗憾的是，他们当时的一些观点却一度在苏联和中国被奉为教条。苏联的哲学家上世纪五十年代以后才开始按照现代宇宙学的观点修改其哲学理论。而在我国，直到八十年代以前，关于科学的哲学理论仍主要来自五十年代以前的苏联教科书，与之不符合的观念往往被斥为唯心主义。在六七十年代，相对论和爱因斯坦都曾经受到批判，更不用说在科普中介绍宇宙大爆炸理论了。其实，当时我国的专业物理学家和天文学家中了解现代宇宙学的也非常少。不过，具有讽刺意味的是，七十年代为了批判相对论成立了批判组，其中许多青年成员反而第一次有机会系统地学习广义相对论和宇宙学理论，成为后来我国的第一批宇宙学研究人员。上世纪七十年代，我国的天体物理学家开始研究现代宇宙学理论。当时一些学者在为大爆炸宇宙学观点做辩护的时候，提出了一种说法，说宇宙学研究的是可观测的宇宙，与哲学上的更为普遍的宇宙、时空是不同的概念，这样现代宇宙学才被合法化，避开了意识形态上的批判。但是，在八十年代，关于宇宙学的哲学争论还持续着。关于宇宙学以及一些其它自然科学的争论，反映了我国学术界在改革开放时期逐步实现思想解放的历程。现代宇宙学概念的引入，冲击了过去的教条，引起了人们的反思，本身也在一定程度上起了促进思想解放的作用。到我进入大学时（八十年代中后期），哲学课教材上也开始提到宇宙大爆炸理论，尽管语焉不详。但是，九十年代，甚至迟至2000年，我在我国的报纸、杂志上还都经常看到有人撰写文章，根据哲学上的无限时空观批判现代的大爆炸宇宙学。; 个人分类: 科学普及|10195 次阅读|83 个评论

无限时空－－谈谈宇宙学的科普和一些常见的误解（1）: 陈学雷 2008-9-1 08:01; 本文全文发表在《中国国家天文》2008年第8期，请勿转载。这里我将在博客上分几天发表此文。正式发表版本经编辑修改与此版文字略有差异并配有精美图片（此处省略）。 1．缘起上下四方曰宇，古往今来曰宙，宇宙就是我们生活在其中的空间和时间，以及时空中的万事万物。宇宙到底有多大，它的起源是什么，有没有终结？这些是几乎每个人在生命中的某个阶段都会很自然地想要了解的问题。在古代，很多哲人都思考过这类问题，但是难以给出令人满意的答案。如今，建立在科学方法之上的现代宇宙学理论使我们可以在一定程度上回答这些问题，并提出一些更深入的新问题。但对于没有接受过系统的理论物理训练并专门学习过宇宙学理论的人来说，要想弄清现代宇宙学关于这些问题的观点是有点困难的。当然，这些问题本身就很抽象、复杂，需要了解相当多的基础知识。但是，除此之外，宇宙学发展迅速，出版的很多教科书都过时了，宇宙学的科普本身也比较混乱，也是主要因素。在我国尤其如此。你也许经常会在电视、广播、报纸、杂志以及网络新闻上遇到一些关于宇宙学新发现的新闻报道，但这些报道往往是译自国外的报道，原来针对的是西方公众，对知识背景不同的我国公众来说，往往并不容易理解，而且这些报道本身也往往互相矛盾。不用说普通公众，甚至许多不从事宇宙学研究的物理学家、天文学家也往往对宇宙学的基本概念有一些错误的印象。所以我想写这篇文章，既介绍一下现代宇宙学对时空认识的发展历程，也谈谈我们过去对宇宙学科普的一些问题，讲讲一些不同时期出现的不同说法的来龙去脉，帮助对此感兴趣的公众澄清对宇宙学的认识。当然，这里只能谈谈一些常见的问题，我不可能澄清全部的误解。本文是为那些希望弄明白一些自己不懂的问题的读者而做的，至于有些民科（包括某些挂着教授头衔的），自以为比专家更懂宇宙学，或者干脆不相信整个宇宙学的，恕我对你们的所谓质疑不予理睬。; 个人分类: 科学普及|7934 次阅读|6 个评论

[原创]太极图隐含狭义相对论: lixie6110532 2008-7-4 23:31; 太极图隐含狭义相对论成都飞机设计研究所李燮我在科学网论坛个人学术展示和博客上发表的《两重宇宙大循环》中提出了物质宇宙和光子宇宙相互循环的宇宙模型。在这个循环模型中，物质宇宙通过光子向光子宇宙循环，光子宇宙又通过引力子向物质宇宙循环，循环的规律严格遵循狭义相对论的时空原理。随着相对速度逐渐提高，空间尺度会逐渐缩短，直到相对速度提高到光速，空间尺度为零，化着一个数学奇点，也就是宇宙的终点。更有意思的是，一个宇宙的终点，却是另一个宇宙的起点。这样的循环方式让我联想到中华文明宝库中的精髓之一太极图。太极图形象的动态视觉和神秘的循环原理，引导我对它进行了开创性的潜心研究。工夫不负有心人，我终于发现：太极图隐含狭义相对论！中国人对太极图都很熟悉，如下图所示。在一个大圆中，取大圆半径为直径作二段在大圆的圆心处相切的小半圆，就画出了承载五千年文明之道的太极图。太极图在太极图中， O 点为大圆的圆心，也是二段小半圆的切点； A 点和 B 点分别是二段小半圆与大圆的切点，显然线段 AB 通过 O 点； A 点是圆周上任意一点；连接 A 点和 B 点，将线段 A B 与小半圆的交点定义为 O 点；过圆心 O 作线段 AA 的垂线，垂足为 D 。上述定义看似平常，不过是平面几何中的圆与三角形而已。但是在太极图中，上述圆与三角形之间看似平常的几何关系，却隐含着狭义相对论的时空原理。在太极图中，如果阴阳二象分别代表光子宇宙和物质宇宙，那么只要我们分别对上述线段和点赋予相应的物理定义，隐含的狭义相对论时空原理就将一目了然。首先我们赋予相应的速度定义： A 点代表物质宇宙的速度零点； A 点代表物质宇宙的任意速度点， A 只能沿着圆弧 AA B 从 A 点变化到 B 点，线段 AA 的长度就是 A 点的速度大小，过 A 点指向 B 点的方向代表 A 点的速度方向。根据速度定义，很容易推导出， B 点就是物质宇宙的速度极限点，也是光子宇宙的速度零点。也就是说线段 AB 的长度就是光速 C 的大小。然后我们赋予相应的尺度定义：线段 AO 的长度代表物质宇宙实体的初始尺度，线段 A O 的长度代表物质宇宙实体在运动速度下的相对尺度。通过简单的几何运算，可得＿＿＿＿＿＿＿＿＿ OD ＝ AO 1- （ AA / 2 AO ） 2 因为 A O ＝ OD ， 2AO ＝ AB ，所以＿＿＿＿＿＿＿＿＿ A O ＝ AO 1- （ AA / AB ） 2 按照速度、尺度定义： A O ＝ L AO ＝ L AA ＝ V AB ＝ C ，可得＿＿＿＿＿＿ L ＝ L 1- （ V/C ） 2 式中， L 代表物质宇宙实体的相对尺度 L 代表物质宇宙实体的初始尺度 V 代表物质宇宙实体的运动速度 C 是光波在真空中的传播速度显然，上述关系式就是狭义相对论的时空原理。既然我们在太极图中发现了狭义相对论的时空原理，而狭义相对论的时空原理又是两重宇宙大循环的原理，那么，我们完全可以得出以下结论：第一，太极图隐含狭义相对论；第二，太极图就是两重宇宙大循环的宇宙模型图；第三，本文在太极图中关于速度和尺度的定义，揭开了宇宙中速度和尺度本质的神秘面纱。下一篇将针对速度作进一步探讨，并对太阳所处的演化阶段进行计算。业余研究，水平有限，本着百花齐放，百家争鸣的原则，不管太极图隐含狭义相对论的发现是对是错，我都恭敬地欢迎各位老师指教，恭敬地期待各位老师点评。成都飞机设计研究所李燮 1998 年 2 月 23 日第 1 稿 2008 年 7 月 4 日第 2 稿; 个人分类: 业余研究论文|3997 次阅读|14 个评论

[原创]两重宇宙大循环: lixie6110532 2008-6-29 10:00; 两重宇宙大循环成都飞机设计研究所李燮人类生息、繁衍的物质宇宙中，尽管物质状态和能量状态千差万别，但是按照现代的宇宙演化理论，它们最后都要转化成不同波长的电磁辐射波，也就是光波。虽然光波的能量强度和传播方向可以各不相同，但是光学实验告诉我们，所有光波在真空中的传播速度都是相同的，大约 300000km /s ；而且真空中恒定的光速并不遵循物质宇宙中的速度矢量规律。针对光波这种特殊现象，经过 18 年研究和思考后发现，爱因斯坦狭义相对论已经预示：光波产生于物质宇宙，却不属于物质宇宙。本文设定一个特殊的坐标系。将狭义相对论观察宇宙的惯性坐标系原点设在某个光子的中心，坐标系的运动速度和运动方向与该光子在真空中的传播速度和传播方向都相同，本文把该坐标系称为光子坐标系。光子坐标系的建立，实际上是完成了观察宇宙的坐标转换。由于光波在真空中的传播速度恒定不变，光子坐标系显然是惯性坐标系，因此这样的坐标转换是向惯性坐标系的转换。根据狭义相对论的相对性原理，所有的惯性系对自然的描述都是等效的。那么按照狭义相对论的时空原理，光子坐标系中物质宇宙及其所有物质实体沿光波传播方向上的几何尺寸为＿＿＿＿＿＿ L ＝ L 1- （ V/C ） 2 式中， L 是坐标转换后在光子坐标系中度量的物质实体尺寸 L 是在物质宇宙中度量的物质实体尺寸 V 是光子坐标系相对物质宇宙的运动速度 C 是光波在真空中的传播速度显然，对于光子坐标系的观察者来说，当 V ＝ C时，不管 L 的值是大到宏观宇宙的尺度，还是小到微观粒子的尺度，都只有一个结果，即 L ＝ 0 。我们知道，在狭义相对论的学习过程中，所有的老师都会告诉学生，当V ＝ C 时，讨论狭义相对论是没有意义的。广义相对论也告诉我们：物质实体的速度只可能不断地接近光速，却永远不可能达到光速，因为达到光速所需的能量是无穷大。对于上述经典理论，我认为混淆了二个概念。第一，从数学角度上讲，我们无意中把矢量和标量混为一谈；第二，从物理学角度上讲，我们无意中把矢量转化为标量的途径规定为提供能量，简单地认为速度提高只可能符合动量守恒定律。有谁能证明通过能量转换的途径可以将矢量转化为标量？尽管广义相对论告诉我们，物质实体的速度达到光速所需的能量是无穷大，但是现实存在的事实却暗示我们，这条思路和结论似乎出错了。现实中司空见惯的电阻发热、普通氧化反应以及热核反应和电子跃迁都可以产生光波，而只需要一点点能量。为理清二个被混淆的概念，我认为 V ＝ C 时，狭义相对论 L ＝ 0 是有意义的。其意义就是：在光波传播方向上，物质宇宙包括其中的所有物质实体的尺度为 0 。我们知道，无论是物质宇宙还是物质实体，只要有一个方向上的尺度为 0 ，从物理学角度上讲，它就是不存在。换句话说，物质宇宙包括其中的所有物质实体相对于光子坐标的观察者来说不存在了。这就表明，当我们的速度达到光波在真空中的传播速度时，物质宇宙包括其中的所有物质实体都将隐没在天空中。这意味着在光子坐标系中，根本见不到物质宇宙的踪影，它完全消失了。上诉推论虽然是在光子坐标系中，却是严格遵循狭义相对论的时空原理。因此，我们可以得出如下结论：物质宇宙消失得无影无踪时，光子却是存在的，也就是说光波独立存在于物质宇宙之外。这就证明：光波产生于物质宇宙，却不属于物质宇宙。这对于光速不遵循物质宇宙中速度矢量规律的特殊性质，也就从理论上找到了答案。既然光波独立于物质宇宙之外，那就说明在我们的物质宇宙之外，还有一个宇宙，而且这个宇宙一定与光波有关。基于上述研究结论和太极的相对性宇宙原理，我建立了物质宇宙和光子宇宙无限循环的宇宙模型，即本文标题所述两重宇宙大循环。现将两重宇宙大循环模型原理介绍如下：前面谈到在光子坐标系中，物质宇宙已经消失得无影无踪。那么在光子坐标系中又有什么呢？显然光子坐标系中并非虚无，至少有光子存在。在光子坐标系中，光波在物质宇宙中的极限传播速度被转换为零速度。这意味着光子坐标系中不存在极速传播的光波，而只有静态光子。静态光子组成的宇宙本文定义为光子宇宙。在物质宇宙中，不同地点和传播方向的光波，虽然相距很大的空间尺度，但是在光子坐标系中观察，由于物质宇宙的尺度已经为零，因此物质宇宙相对于光子坐标系的任何观察者来说，都只能是一个数学奇点。所以光子坐标系中的所有观察者都会发现同一种现象，即静态光子全部都来自一个数学奇点，形成静态光子持续的宛如射流般的奇点大爆炸。在这种大爆炸的背景下，一幅光子宇宙的生成、演化景象无始无终地、永恒地展现在我们面前。依据太极的相对性宇宙原理（见本人相关原创论文），按照物质宇宙的现代物理学理论，我认为光子宇宙的运行模式与物质宇宙是对称的。物质宇宙中的光波在光子宇宙中是静态光子，静态光子的集合体就是光子场。光子场中的光子之间也存在万有引力。在万有引力作用下，光子由静而动，并聚合旋转，不同尺寸和密度的光子（见本人相关原创论文）形成光子宇宙中的各种基本粒子，这些基本粒子相互结合生成原子、分子、实体，乃至星球及其庞大无边的星球体系。这些大大小小的光子宇宙实体严格遵循与物质宇宙对称的规律，并在宇宙空间永不停息地运动、演化，同时释放出光子宇宙的辐射能。光子宇宙的辐射能又是什么呢？我认为就是我们历代科学家呕心沥血要捕捉，却又不见踪影的引力波。引力波就是光子宇宙中极速传播的引力子。引力子在光子宇宙中的特性与光子在物质宇宙中的特性完全类似，传播速度也是大约 300000km /s 。按照狭义相对论的时空原理，与光波转换到光子宇宙一样，引力波只可能在光子宇宙中存在，在物质宇宙中的初始存在形式只能是静态的引力子。正是引力子之间的万有引力推动物质宇宙的生成和演化。所以历代科学家尽管呕心沥血，虽然能够感受并监测到万有引力，就像光子宇宙中的观察者永远也无法捕捉到光波一样，至今却始终无法捕捉到引力波。基于同样的原理，在光子宇宙中，不同地点和传播方向的引力波，虽然相距很大的空间尺度，但是在引力子坐标系中观察，由于光子宇宙的尺度已经为零，因此光子宇宙相对于引力子坐标系的任何观察者来说，都只能是一个数学奇点。所以引力子坐标系中的所有观察者都会发现同一种现象，即静态引力子全部都来自一个数学奇点，形成静态引力子持续的宛如射流般的奇点大爆炸，在这种持续永恒的大爆炸的背景下，物质宇宙展现出生成、演化的玄妙万象。这不就是现代流行的宇宙大爆炸吗？所不同的是，现代流行的宇宙大爆炸理论认为爆炸只产生在创世之初的一瞬间，而两重宇宙大循环所揭示的是持续的永恒的奇点大爆炸。综上所述，我越过经典理论的误区，透过光速的特性，基于狭义相对论的时空理论，通过近 18 年（1980年，大学二年级的我就在思考光速为什么如此特殊）的研究和思考，在光波和引力波的牵引下，开创性地建立了两重宇宙大循环的宇宙模型。业余研究，水平有限，本着百花齐放，百家争鸣的原则，不管两重宇宙大循环的宇宙模型是对是错，我都恭敬地欢迎各位老师指教，恭敬地期待各位老师点评。成都飞机设计研究所李燮 1998 年 7 月 8 日第 5 稿 2008 年 6 月 28 日第6稿; 个人分类: 业余研究论文|2404 次阅读|2 个评论

[原创]物质运动与能量辐射—光子尺寸计算: 热度 1 lixie6110532 2008-6-29 09:57; 物质运动与能量辐射光子尺寸计算成都飞机设计研究所李燮宇宙中存在着物质，一切物质都在永恒地运动，运动的物质又在不断地辐射能量。物质、运动、能量辐射隐含着千变万化、玄妙莫测的宇宙机理。在物质宇宙中，任何物质实体在任何温度下都在发射各种波长的光子波（电磁波连续波谱）。由于物质宇宙中任何物质实体的尺度比起浩瀚无边的空间尺度来说都是可以忽略不计的，因此物质宇宙中的辐射能可以处理成在绝对真空中传播。按照两重宇宙大循环原理，真空中传播的光子全部都属于光子宇宙，光子所具有的能量不属于物质宇宙。那么假如物质宇宙的辐射总功率为 N ，就意味着单位时间内物质宇宙失去能量 N 。按照能量守恒定律，失去的能量必然以能量－ N 的形式作用于物质宇宙。比照现代物理学的动量守恒定律，我研究发现其作用规律就是：物质宇宙的辐射总功率等于辐射体的绝对运动总动量。或者说任何物体的辐射功率等于该物体的绝对运动动量。这条规律本文称为宇宙动量定律，它揭示出能量辐射是物质运动的真正动力。这里所说的绝对运动是指辐射体相对于引力子坐标系的运动，关于绝对速度的论述请见后续论文。按照本文的宇宙动量定律，物质绝对运动速度加快，其辐射功率必然加大；物质绝对运动速度减慢，其辐射功率必然减小；物质绝对运动速度保持匀速，其辐射功率必然保持恒定。反之亦然，物质辐射功率加大，其绝对运动速度必然加快；物质辐射功率减小，其绝对运动速度必然减慢；物质辐射功率保持恒定，其绝对运动速度必然保持匀速。宇宙动量定律如何以数学形式表达呢？假设辐射体的辐射功率为 N ，质量为 M ，相对于引力子坐标系的绝对运动速度为 V ，那么宇宙动量定律的数学表达式为 N ＝ M V 又假设辐射体的法向辐射面积为 S ，辐射强度在 S 上均匀分布，按照描述黑体辐射的斯忒蕃玻尔兹曼定律，辐射体的辐射功率为 N ＝ S T 4 即 M V ＝ S T 4 式中，是斯忒蕃恒量，＝ 5.71 10 － 8 瓦 / （米 2 开 4 ） T 是绝对温度值，代表辐射体的表面温度，单位：开 M 是辐射体的质量，单位：千克 V 是辐射体的绝对运动速度，单位：米 / 秒单位统一后得 M V ＝ S T 4 /g ------------ (1) 式中， g 是重力加速度，地球上 g ＝ 9.8 米 / 秒 2 。再把描述黑体辐射的维恩位移定律 m T ＝ b 代入（ 1 ）式，得 M V ＝ S b 4 /( g m 4 ) ------------ (2) 式中， b ＝ 2.897 10 － 3 米开 m 是辐射体最大单色发射本领所对应的波长，单位：米式（ 1 ）、（ 2 ）揭示出引力子坐标系中辐射体的绝对运动与能量辐射之间的内在关系，本文称为物质运动方程。物质运动方程对于物质宇宙中大到任何天体、小到任何粒子都是适用的。下面就运用物质运动方程，对光波进行计算。同时也是检验物质运动方程是否正确。光波的速度是物质宇宙的极限速度，而且永恒不变。按照本文的宇宙动量定律，光子是物质宇宙中唯一的恒定功率辐射体，本文称为理想辐射体。对于波长为的光波来说，方程（ 2 ）中的速度 V ＝ C （也只有光速是可以确定的绝对运动速度），峰值波长 m ＝，假设光子的质量为 M ，即得光子的运动方程为 M C ＝ S b 4 /( g 4 ) 式中， C 是真空中的光速， C ＝ 3 10 8 米 / 秒。根据爱因斯坦的光量子理论，光子的动量与其波长之间的关系为 M C ＝ h/ 式中， h 为普朗克恒量， h ＝ 6.626 10 － 34 焦耳秒。再假设光子是半径为 R 米，质量密度为千克 / 米 3 的球体，求解上述两式，并代入所有常数项，计算得 M ＝ 2.21 10 － 42 － 1 ---------- (3) R ＝ 1.134 10 － 8 3/2 ---------- (4) ＝ 3.64 10 － 19 － 11/2 --------- (5) 式（ 3 ）、（ 4 ）、（ 5 ）即是光子质量、半径和质量密度三项物理参数的计算公式。式（ 3 ）源于爱因斯坦的光子理论，其正确性不用怀疑，式（ 4 ）、（ 5 ）的正确性如何呢？只能通过进一步计算后再作分析。我们知道，可见光的波长为 4000 埃到 7000 埃，根据公式（ 3 ）、（ 4 ）、（ 5 ）计算后，得出可见光的三项物理参数取值范围是 M ＝（ 2.908 ～ 5.525 ） 10 － 36 （千克） R ＝（ 2.869 ～ 7.513 ） 10 － 18 （米）＝（ 0.165 ～ 5.620 ） 10 16 （千克 / 米 3 ）计算结果表明，单个可见光的质量很小很小，量级是 10 － 33 克，光子半径也很小很小，量级是10 － 3 飞米；可质量密度却大的惊人，达到每立方厘米几千万吨的量级。光子这样的几何尺寸和质量密度计算结果是否正确呢？虽然人类目前还不能测量光子的几何尺寸和质量密度，但是只要将光子的几何尺寸和质量密度计算结果与氢原子的对应参数进行比较分析，不难发现，尽管光子的质量密度大得惊人，却只有氢原子核质量密度的百分之一。也就是说，光子打在氢原子核上，相当于松软的棉花打在铅球上，这个比较结果正好解决了我的疑问如果光子的质量密度太大，原子、分子及其构成的整个物质宇宙势必被光子砸得粉碎。正是由于光子的质量密度只有氢原子核质量密度的百分之一，才使得物质宇宙不至于遭到极速光子的破坏。因此，客观存在的物质宇宙，就是光子的质量密度计算结果正确的定性佐证。光子物理参数计算结果的正确性又间接佐证物质运动方程的正确性。业余研究，水平有限，本着百花齐放，百家争鸣的原则，不管两重宇宙大循环的宇宙模型是对是错，我都恭敬地欢迎各位老师指教，恭敬地期待各位老师点评。成都飞机设计研究所李燮 1998 年 7 月 26 日第 3 稿 2008 年 6 月 29 日第 4 稿; 个人分类: 业余研究论文|3882 次阅读|2 个评论

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标签: 宇宙学

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