德國(guó)偉大的理性主義哲學(xué)家康德曾經(jīng)說過，“我們頭上的燦爛星空和心中的道德法則”，這兩種偉大的事物，我們?cè)绞墙?jīng)常，越是執(zhí)著地思考它們，我們心中就越是充滿永遠(yuǎn)新鮮有增無已的贊嘆和敬畏。
人類對(duì)宇宙起源存在著二種主要理論：大爆炸與宇宙恒穩(wěn)態(tài)理論，然而在二種理論中的大爆炸理論雖然被大多數(shù)人所接受，卻仍然有許多問題沒有得到明確的答案。例如，①如果宇宙起源于一次大爆炸，那么大爆炸之前宇宙又是怎樣的情形;②通過觀測(cè)宇宙在進(jìn)行新一輪的加速膨脹，這種加速以現(xiàn)在的理論仍然無法解釋;③對(duì)于宇宙是否會(huì)繼續(xù)膨脹，或者還是會(huì)再次坍縮，也沒有一個(gè)明確的答案;④為什么早期宇宙會(huì)有如此高的溫度;⑤為什么宇宙在大尺度上會(huì)如此均勻——為什么在空間中的不同位置，以及從不同的方向上看宇宙都是一樣的;⑥為什么宇宙的最終膨脹速率會(huì)如此接近臨界值，恰好保證不再坍縮;⑦盡管事實(shí)上宇宙在大尺度上表現(xiàn)為高度均勻和各向同性，但其中不會(huì)存在局部性的物質(zhì)團(tuán)塊，如恒星和星系，這些密度漲落的原因是什么?僅僅依據(jù)廣義相對(duì)論不可能解釋這些特征。以上問題的存在無疑是奇點(diǎn)大爆炸理論新的挑戰(zhàn)!
然而，恒穩(wěn)態(tài)宇宙學(xué)雖然在20世紀(jì)60年代以前，在大爆炸理論還沒有為人們廣泛接受時(shí)，它對(duì)于宇宙起源的解釋一直占主導(dǎo)地位。雖然，在大爆炸理論之后，人們開始淡忘它，但它仍然不失為人們逐漸認(rèn)識(shí)宇宙的一個(gè)分支，這個(gè)概念認(rèn)為，宇宙各部分均勻的，無明顯變化的，在宇宙創(chuàng)生開始就維持了一個(gè)穩(wěn)定的密度和質(zhì)量，宇宙不會(huì)隨時(shí)間的變化而產(chǎn)生改變，即使是在膨脹過程中，物質(zhì)的密度仍然是不變的，最初的猜想來自金斯，然而由于該理論在測(cè)算宇宙年齡和地球年齡出現(xiàn)宇宙約有20億年，地球卻有40億年，這意味著宇宙的年齡比地球還短，為了解決這個(gè)問題，在1948年，霍伊爾等科學(xué)家提出了恒穩(wěn)態(tài)宇宙學(xué)這種觀點(diǎn)，為了解決年齡矛盾問題，宇宙雖然在不斷膨脹，但是沒有一個(gè)密度極高的階段(即大爆炸理論中宇宙大爆炸之前的奇點(diǎn)狀態(tài))，因而不存在演變年齡的問題，即宇宙是恒久存在的�；粢翣栒J(rèn)為，人們追尋物質(zhì)的起源存在著問題，它與大多數(shù)已被證實(shí)是正確的守恒定律相違背，并且在這種理論下所預(yù)言的星系分布和射電計(jì)數(shù)也不符事實(shí)際情況，這種理論可以從虛無到存在的觀點(diǎn)本身，也只是一種神秘主義理念經(jīng)，因此，在20世紀(jì)60年代之后這種理論開始沒落了。
然而到了1993年，這種理論有了新的發(fā)展，即最近提出的準(zhǔn)穩(wěn)恒態(tài)，宇宙學(xué)霍伊爾等人認(rèn)為，物質(zhì)本身是永恒存在的，并且它是存在于密度極大的前聚合物的引力場(chǎng)子中，在宇宙中不斷產(chǎn)生的小規(guī)模的爆炸導(dǎo)致了宇宙的不斷膨脹，宇宙由于周期性的震蕩(約400億年)，使宇宙尺度不斷收縮，直到尺度需求震蕩的最小值，這種新學(xué)說也能解釋很多問題。例如，對(duì)于銀河系之外的天氣質(zhì)量和能量的總體輸出問題，可觀測(cè)到的不同類型物質(zhì)粒子的合成問題等在這種理論下，宇宙活動(dòng)成了一種周期性行為，大爆炸在這種理論下只是一個(gè)特殊情形，此最新理論似乎也能合理地解釋出許多問題。然而此種理論所提出的假說和推測(cè)是否正確，仍需要進(jìn)一步詳細(xì)的觀測(cè)和證明。
大爆炸理論產(chǎn)生于20世紀(jì)20年代，這種理論認(rèn)為在最初的宇宙中，世界是沒有時(shí)間和空間之說的，只是在很久以前(大約在100億-200億年)。一個(gè)密度和時(shí)空曲率無窮大的奇點(diǎn)產(chǎn)生能量巨大的爆炸后，產(chǎn)生大量的物質(zhì)、時(shí)間和空間也開始產(chǎn)生了，最后，隨著空間的暴脹、溫度的下降，不斷進(jìn)行核反應(yīng)生成新的物質(zhì)元素，這些新的元素融合在一起，并不斷地相互吸引，再擴(kuò)大最終形成我們的星系和星球，甚至還出現(xiàn)了諸如我們?nèi)祟愡@樣的生命。
大爆炸理論是霍金先生運(yùn)用相對(duì)論與量子理論相結(jié)合的理論，該理論為大爆炸宇宙起源提出了新的依據(jù)，完美抵消了在宇宙起源學(xué)說上量子理論與相對(duì)論的矛盾。然而，霍金先生仍然認(rèn)為，以上理論并不是一種完美而自洽的統(tǒng)一理論，同時(shí)，霍金先生又提出如下一個(gè)問題：為什么應(yīng)該存在一種能用該模型來描述的宇宙?為什么宇宙會(huì)克服各種麻煩以求存在呢?統(tǒng)一理論是否如此使人信服，以至于它自身的實(shí)現(xiàn)不可避免?或者它的確需要一位造物主，而如果正是如此，那么除了為宇宙的存在負(fù)責(zé)之外，上帝是否還會(huì)對(duì)宇宙施以什么影響，還有，又是誰創(chuàng)造了上帝呢?
霍金關(guān)于大爆炸理論，在宇宙學(xué)的發(fā)展過程中，是一個(gè)輝煌階段，如果從發(fā)展的結(jié)果思考，大爆炸理念絕沒有達(dá)到頂峰，還有許多未知的奧秘?zé)o法解釋，除了本文開頭和例證的幾點(diǎn)疑問之外，包括霍金先生本人也感慨地說如果能夠證明，有著多種不同初始結(jié)構(gòu)的宇宙，都會(huì)演化成我們今天所觀測(cè)到的那種狀態(tài)，那么人們便應(yīng)該高興了。同時(shí)，霍金先生也從可觀測(cè)的結(jié)果推論，宇宙目前的狀態(tài)，可以由大量各不相同的初始結(jié)構(gòu)演化而成，然而，并不能說每一類初始結(jié)構(gòu)都應(yīng)當(dāng)會(huì)演化成我們所觀測(cè)到的那種宇宙。從以上情況可以推導(dǎo)出這么幾種可能。首先，今天所觀測(cè)到的宇宙圖像，在這之前可以是多重歷史的，大爆炸理論并不是唯一正確的;其次，目前還沒能找到一種比大爆炸更有說服力的學(xué)說來闡述宇宙的起源問題;第三，也可以看到霍金先生也希望有新的理論出現(xiàn)在世人面前，從中看出霍金先生博大的胸懷以及對(duì)科學(xué)孜孜不倦追求的精神。
霍金先生大爆炸理論所借鑒的理論是廣義相對(duì)論和量子理論，然而這兩種理論不能很好溶合，因此，霍金先生一直希望找到一種統(tǒng)一的自洽的理論來解釋宇宙的起源問題。并且，在大爆炸論述過程中，他幾次提到“如果廣義相對(duì)論是正確的話”是否暗示著：廣義相對(duì)論理論對(duì)解釋宇宙起源有著無法逾越的障礙，是否可以證明使用廣義相對(duì)論的理論在論述宇宙起源其本身就是不洽當(dāng)?shù)姆椒?或者說這種自洽或統(tǒng)一的描述宇宙起源的問題卻不包含廣義相對(duì)論呢?
在描述奇點(diǎn)的過程中，霍金先生在語言使用過程中，均使用了比較抽象的語言，首先奇點(diǎn)形態(tài)是零尺度的、無窮小的一個(gè)點(diǎn)，零尺度與一個(gè)點(diǎn)，我認(rèn)為二者還是有區(qū)別的。同時(shí)，又告訴我們，奇點(diǎn)密度無窮大，時(shí)空曲率也無窮大，密度無窮大也是一個(gè)無法度量的概念，所以，奇點(diǎn)到底如何描述和界定，有待重新定論。
在講述黑洞理論中，黑洞的形態(tài)是一個(gè)液體球，是一個(gè)在零速度情況下成為一個(gè)完美的液態(tài)球，當(dāng)有自轉(zhuǎn)速度時(shí)，在其赤道附近向外隆起，而一個(gè)由引力坍縮造成的奇點(diǎn)，只能出現(xiàn)在像黑洞那樣的地方，而霍金先生更是肯定地說，奇點(diǎn)要么就象引力坍縮中的奇點(diǎn)那樣永遠(yuǎn)出現(xiàn)在未來之中，要么會(huì)象大爆炸那樣見于過去，二者必居其一，就是告訴我們，黑洞中肯定存在著奇點(diǎn)，而這個(gè)奇點(diǎn)與形成宇宙大爆炸時(shí)期的奇點(diǎn)至少是同一類性質(zhì)的奇點(diǎn)。但是一個(gè)密度如此大的奇點(diǎn)，卻存在于一個(gè)液體的黑洞中，似乎是不可思議的。是否也說明了目前如此多的黑洞中必然存在著與黑洞數(shù)量一致的奇點(diǎn)呢?
在講述黑洞中存在的奇點(diǎn)，有大小之分，并論證到黑洞質(zhì)量有大小之分，質(zhì)量越大的黑洞蒸發(fā)越慢，反之越快，同時(shí)，在黑洞論證中，得出一個(gè)結(jié)論，一個(gè)質(zhì)量為太陽若干倍的黑洞，其蒸發(fā)殆盡所需時(shí)間為1066年，而宇宙年齡僅僅為1010年，是否可以理解為宇宙起源中所爆炸的奇點(diǎn)至少在爆炸前的那一刻已經(jīng)等待了1066年，當(dāng)然還未包括奇點(diǎn)產(chǎn)生的經(jīng)過。
一個(gè)黑洞為10億噸質(zhì)量被壓縮成原子核一般大小，那么一個(gè)質(zhì)量無窮大的奇點(diǎn)該如何描述呢?當(dāng)然，黑洞與奇點(diǎn)是兩個(gè)概念，然而，當(dāng)黑洞中一定存在奇點(diǎn)的話，這兩種性質(zhì)的物質(zhì)如何建立一種共生關(guān)系，亦就是說，奇點(diǎn)與黑洞是合而為一的，還是奇點(diǎn)存在于黑洞中某個(gè)特定的區(qū)域內(nèi)呢?
在現(xiàn)今所觀測(cè)到的宇宙空間中，的確存在著數(shù)量和質(zhì)量較為可觀的黑洞，也能證明，宇宙中存在的奇點(diǎn)也并不是唯一的。那么，在宇宙起源的那一刻，是否一定要把唯一的奇點(diǎn)作為開端呢?
在奇點(diǎn)爆炸的那一刻，零尺度的奇點(diǎn)作為原始宇宙來思考，這種概念也存在一定的問題，首先，零尺度的奇點(diǎn)爆炸在時(shí)間上是失效的。因?yàn)�，無論你等待無限久遠(yuǎn)的時(shí)間，零尺度始終還會(huì)是零的尺度。其次，當(dāng)宇宙由奇點(diǎn)爆炸后形成的高溫造成了宇宙的暴脹，在膨脹階段也是因?yàn)闇囟鹊脑�，其中有一段理論是這么描述的，在大爆炸的一秒鐘，溫度會(huì)降低到100億度，這大約是太陽中心溫度的1000倍，不過氫彈爆炸時(shí)就會(huì)達(dá)到這么高的溫度，大爆炸一秒鐘后，一個(gè)零尺度的原始宇宙，在中心溫度達(dá)到100億度時(shí)，宇宙會(huì)暴脹，那么，我現(xiàn)在更想了解，氫彈爆炸后它所形成的空間有多大呢?
當(dāng)宇宙中存在許多黑洞，可以表明二個(gè)問題：第一，黑洞不會(huì)無限止地吞噬周圍的所有物質(zhì);第二，黑洞不是唯一的，即奇點(diǎn)也不是唯一的。
在大爆炸理論中，有一個(gè)假設(shè)，即為假設(shè)時(shí)空是光滑的，且近乎平直，同時(shí)也表明，我們只知道大爆炸以來所出現(xiàn)的事，那就無法推定在大爆炸之前曾發(fā)生過些什么，就我們而言，大爆炸之前的事件是不可能產(chǎn)生任何效果的。因而這類事件不應(yīng)成為科學(xué)宇宙模型的一部分，這樣的理解，確實(shí)也為大爆炸理論的不完整性埋下了伏筆。但同時(shí)給了其他學(xué)說反駁其理論的一個(gè)軟肋。
從大爆炸理論來分析，似乎還隱含了奇點(diǎn)在大爆炸前是一個(gè)有限的空間，包括霍金先生在書中所論證的關(guān)于宇宙無邊界有限的觀點(diǎn)一樣，只有在爆炸前，一個(gè)有限的空間才能形成一個(gè)區(qū)域中心，該中心會(huì)因?yàn)閺?qiáng)大的引力作用而形成密度為無限大的奇點(diǎn)。因?yàn)�，在一個(gè)有限空間中，奇點(diǎn)可以是唯一的，但其產(chǎn)生爆炸后會(huì)受到外圍有限空間的制約，因此膨脹將受到限制，更不用說暴脹，在大爆炸理論中，霍金先生似乎想要給出的答案是，即使大爆炸之前的事件可以作為科學(xué)宇宙模型的話，宇宙也必定是一個(gè)有限的，無邊界的空間，絕對(duì)不是無限的，因?yàn)闊o限，宇宙也絕不會(huì)以唯一的一個(gè)奇點(diǎn)爆炸形成。因?yàn)闊o限的空間，奇點(diǎn)就可能是無數(shù)個(gè)。
時(shí)間也被注入在大爆炸的那一刻起，正因?yàn)檫@樣，宇宙的時(shí)間和空間也似乎很完美的溶入到了一起，但是，時(shí)間被賦予了一個(gè)點(diǎn)的開始，時(shí)間在宇宙中扮演了怎樣的角色呢?
當(dāng)宇宙空間溫度已經(jīng)到了K氏2-3度的今天，宇宙卻仍以膨脹方式繼續(xù)著，這與奇點(diǎn)大爆炸理論又形成重大的矛盾沖突。奇點(diǎn)爆炸的理論如何解決這個(gè)矛盾呢?
一個(gè)理論能否經(jīng)得起時(shí)間的考驗(yàn)和權(quán)威的挑戰(zhàn)，很大程度上決定于該理論的科學(xué)性;同時(shí)一個(gè)理論產(chǎn)生要解決的問題是什么?理論推導(dǎo)的結(jié)果與實(shí)際情況是否相吻合，這也是非常關(guān)鍵的問題，奇點(diǎn)大爆炸理論推導(dǎo)的結(jié)果與實(shí)際有一些關(guān)鍵點(diǎn)是相吻合的，如通過對(duì)宇宙輻射的觀測(cè)得出，輻射表現(xiàn)為各向同性，那么，宇宙也一定是各向同性的，至少在大尺度上應(yīng)該如此。如果理論推導(dǎo)的結(jié)果和實(shí)際情況無法完美地結(jié)合起來，則就有理由對(duì)其理論作出懷疑，造成這種結(jié)果可能有以下原因：①所引用的理論或者形象地比喻為使用的工具是錯(cuò)誤的;②推論的方法有誤，或者說疏忽了其中的某個(gè)歷史，引起了推導(dǎo)結(jié)果的錯(cuò)誤;③也可能一開始的假設(shè)就建立在錯(cuò)誤上，結(jié)論當(dāng)然不可能正確。
那么，霍金先生的奇點(diǎn)大爆炸理論為什么會(huì)存在理論與觀測(cè)結(jié)果不吻合呢?大爆炸理論的描述可以看到，霍金先生是廣義相對(duì)論及量子理論的權(quán)威，推導(dǎo)也非常完美，如果結(jié)果有誤，則一定是量子力學(xué)和相對(duì)論兩種理論的溶合性和自洽性產(chǎn)生了問題。所以，奇點(diǎn)大爆炸理論是否會(huì)被另一種學(xué)說所替代呢?繼續(xù)對(duì)大爆炸理論的分析，以下幾點(diǎn)問題也是大爆炸理論的軟肋。
1、奇點(diǎn)大爆炸最后得出一個(gè)無界有限的宇宙空間，那么，在大爆炸前就存在這樣一個(gè)空間嗎?
2、在一個(gè)有限的空間中奇點(diǎn)能產(chǎn)生嗎?奇點(diǎn)是唯一的嗎?
3、奇點(diǎn)大爆炸理論在奇點(diǎn)處失效，也即爆炸前的所有時(shí)間是沒有意義的，但是這樣一來，宇宙的年齡計(jì)算就存在很大的差距了。
4、廣義相對(duì)論和量子力學(xué)的不溶合，為什么還要作為研究宇宙起源的理論呢?沒有其它更為適合的理論了嗎?
另外，宇宙空間中各向同性是否也可以表明，宇宙空間中正如弗里德曼的解釋一樣，宇宙不論從哪個(gè)方向去觀測(cè)，看上去都一樣的，也即在宇宙空間中不存在中心區(qū)域，是否也能說明現(xiàn)在的宇宙確實(shí)不是一個(gè)有限的空間，同時(shí)宇宙并不是整體在旋轉(zhuǎn)的，自1929年哈勃觀測(cè)發(fā)現(xiàn)宇宙星系在膨脹開始，人們才意識(shí)到宇宙并非是靜態(tài)的。比如，我們所認(rèn)識(shí)的微觀世界中電子圍繞原子旋轉(zhuǎn)，在宏觀世界中衛(wèi)星圍繞行星旋轉(zhuǎn)、行星圍繞恒星旋轉(zhuǎn)、太陽系圍繞銀河系旋轉(zhuǎn)�？傊�，小質(zhì)量物質(zhì)圍繞大質(zhì)量物質(zhì)旋轉(zhuǎn)，似乎是永恒的主題，而且圍繞的中心物質(zhì)所占的比例必定也很大。比如，太陽占整個(gè)太陽系質(zhì)量的99.96%，然而宇宙的膨脹卻表明，宇宙并不存在著一個(gè)能使宇宙中所有的星系物質(zhì)圍繞其旋轉(zhuǎn)大質(zhì)量的中心區(qū)域。是否可以證明宇宙該是一個(gè)無限的空間了呢?
這種無邊界、有限的宇宙空間可以證明奇點(diǎn)大爆炸理論的正確性，然而以下問題卻來自理論本身。
(1)用廣義相對(duì)論和量子理論兩個(gè)理論，是解決兩個(gè)不同尺度的物質(zhì)之間的引力問題，兩種理論的不溶合性，是否說明所使用的理論本身存在牽強(qiáng)的成份呢?
(2)奇點(diǎn)爆炸理論，最大的缺陷應(yīng)來自于奇點(diǎn)本身：①黑洞蒸發(fā)的時(shí)間過程為1066年，形成時(shí)間如何界定;②奇點(diǎn)爆炸的威力是否能形成現(xiàn)今所觀測(cè)到的宇宙空間，并且不能解釋為何至今在宇宙溫度只有K氏2-3度時(shí)，宇宙仍處于膨脹之中;③奇點(diǎn)的形態(tài)也無法用精確數(shù)字描述，過于抽象。無法對(duì)奇點(diǎn)的大小、形狀、密度等基本物理數(shù)據(jù)進(jìn)行確認(rèn)。④觀測(cè)宇宙的結(jié)果表明，黑洞不是唯一的，即奇點(diǎn)也不是唯一的。⑤黑洞的形成是奇點(diǎn)產(chǎn)生的必然條件，黑洞沒有完全捕獲周邊的所有物質(zhì)，是否證明，黑洞的質(zhì)量應(yīng)該是有限的，所有奇點(diǎn)的密度也并非是無限大的。
(3)奇點(diǎn)可以作為原始宇宙考慮嗎?奇點(diǎn)在大爆炸瞬間是零尺度，所以大爆炸初時(shí)宇宙尺寸因體積為零，不可能暴脹，其次，大爆炸一旦開始，爆炸區(qū)域內(nèi)的狀態(tài)是極端無序的，與霍金先生所論證的，從有序到無序熵的增大，與時(shí)間簡(jiǎn)頭相一致的論點(diǎn)相違背。
因此，綜上所述，霍金先生的大爆炸理論，在整體上分析，確實(shí)有一些不敢茍同之處，或者可以說也是我試圖寫《宇宙學(xué)原理》這篇文章的初衷。當(dāng)然，我也希望有業(yè)內(nèi)人士對(duì)我的理論提出不同的建議，我將感到非常榮幸。
地理網(wǎng)有最全面的地理知識(shí)，歡迎大家繼續(xù)閱讀學(xué)習(xí)。
本文來自：逍遙右腦記憶 http://m.douzifanli.com/chuzhong/815961.html
相關(guān)閱讀：NASA火星探測(cè)器超期運(yùn)行10年：仍然十分健康