上帝告訴你宇宙真相(四十八):宇宙大小之謎?宇宙有多大

我們生活在宇宙中,這個宇宙是否是有限的?這個問題很使人著迷,但要講清楚也不是個容易的事件。

統一場論對這個問題是否有幫助?按照現代人們對宇宙的看法,宇宙應該是由時間、空間和空間中的實物粒子構成的,有些學者主張把場也包括進去,這種看法沒有得到普遍的認同。

按照統一場論的思想,在宇宙的組成菜單中,不但場擠不進來,而且時間也要從菜單中劃掉。前面的物理世界存在的虛假性定理指出:自然界真實存在的只有物質點和它周圍的空間構成,不存在第三種與之並存的東西。

我們的宇宙只是由物質點和它周圍的空間構成,時間沒有資格和空間、物質點平起平坐,它是由我們觀察者自己身體這樣的物質點在空間中運動給我們的一種感受,我們把這種感受描述出來,用一個叫 “時間”的詞語表達出來,它的本質只是一個現象。當然有很多人不贊成這種看法。

上帝告訴你宇宙真相(四十八):宇宙大小之謎?宇宙有多大

根據前面的垂直原理,運動給我們的圖像就是個垂直狀態,你看到空間是三維的,過一點可以作出三條相互垂直的有向線段,那麼空間就會運動,時間也就存在著。

從數學的角度來看,宇宙空間應該是無限的,比如自然數123456789---一直到無窮大,這個使我們明白宇宙空間距離就像自然數一樣,一直延伸下去,不會有個終點。

從邏輯上講,我們設想宇宙空間有個極限,宇宙就好像一個球形,它的直徑是有限的,那這個球形的外部我們又怎麼解釋?除非我們從感情出發認為宇宙空間的大小是有限的,從冷靜的理智出發,宇宙空間應該是無限的。

對於宇宙空間中存在的實物粒子,如果我們認為和空間一樣也是無限的,這個從我們的直覺出發,好像是不可能的。因為這個似乎違法了物質守恆性。

物理學中經常提到能量守恆定律,動量守恆定律。物質粒子似乎也應該是守恆的。

一些物質粒子看似消失了,實際上是變成另外一些物質粒子。一些物質粒子看似是憑空得來的,實際上是另外一些物質損失的。自然界這些實物粒子應該是守恆的,如果不守恆,在邏輯講將不通。相對論告訴我們質量和能量是等價的,一個地方突然多出一些物質,也就多出一些質量,也就意味著憑空冒出了能量來,這個在我們看來是極不合理的。

我們如果認定物質粒子是守恆的,認為宇宙中的物質粒子和空間一樣都是無限的,這個就產生了矛盾。為了避開這個矛盾,我們設想宇宙其實就是無限的空間中心存在著一些實物粒子。這些實物粒子的存在是有限的,而他周圍的空間的存在是無限的。根據統一場論,時間的存在不是基本的,我們頭腦中自然就描繪出這樣一幅宇宙圖景:無窮無盡的空間的中心存在著一些實物粒子,這些實物粒子彼此相隔著一定的空間距離,並且在運動著。這個宇宙圖景在我們看起來是自然的,也不違法我們的邏輯,看來我們應當對這個宇宙圖景感到滿意。

不過,一個情況還是讓我們不那麼痛快接受這個宇宙圖景。我們知道,有限的與無限的是無法相比的,宇宙中實物粒子一旦是有限的,和無限的空間相比起來,那就顯得是太太太微小了,簡直就是沒得比的。這個讓我們從感情上、直覺上不能夠接受,打破這個僵局有一個辦法就是認為空間和實物粒子是能夠相互轉化的。當然,統一場論是不支持這種看法的。

統一場論認為宇宙就是有實物粒子和它周圍空間構成,空間和實物粒子的存在是最基本的,其餘的都是有實物粒子在空間中運動所形成的一種現象。實物粒子和空間的存在是平權的,沒有那一個是更基本的。

如果認為空間和實物粒子能夠相互轉化,一種可能是空間是最基本的,實物粒子是空間如何如何變成的。另一種可能是實物粒子是最基本的,空間是實物粒子如何如何形成的。這樣宇宙(或者稱為自然界)就統一為一種東西。這個想法是很美妙,也很簡單。不過能量守恆定律於這些看法是矛盾的,空間產生了實物粒子,這些實物粒子具有質量,按照相對論的思想將帶有能量,這個意味著憑空產生了能量。實物粒子轉化成空間,所帶的能量將憑空消失,這兩種情況都違反了能量守恆定律。

統一場論更加不支持這種看法的,我們好不容易得來的統一場論還是使用一段時間吧,我們暫且就認為宇宙就是有實物粒子和它周圍空間構成的。

現在有專門研究宇宙的學科,叫宇宙學。一提到宇宙學,人們馬上就想到宇宙大爆炸。

1929年,美國天文學家埃德溫·哈勃提出星系的紅移量與星系間的距離成正比的哈勃定律,並推導出星系都在互相遠離的宇宙膨脹說。哈勃發現,即不管你往哪個方向看,遠處的星系正急速地遠離我們而去。我們可以設想,宇宙正在不斷膨脹。人們推測,在早先某個時間,它們相互之間靠得非常緊密。

宇宙大爆炸理論認為,大約在150億年前,宇宙是一個緻密熾熱的奇點,隨後發生了一次猛烈大爆炸,逐漸膨脹形成了我們今天看到的宇宙。

西方主要的宗教一直堅持認為宇宙是上帝在過去某個特定時刻創造的,哈勃的發現迎合了這些宗教的想法。不過宗教的看法說穿了也沒有啥意思,古代人們認為自己生活在一個基本上平直的大地上,西方宗教就說大地和天空及天空中的星球都是上帝創造的,後來人們認識到地球是圓形的,西方宗教又說地球和天空中的星球都是上帝創造的,現代人們對宇宙瞭解深入了,西方的宗教又借屍還魂,你大爆炸理論認為宇宙是150億年前形成於一次爆炸,我就說宇宙是150億年前由上帝創造的。看來科學象一個大樹,宗教象一個纏繞在大樹上的青藤,宗教是依賴科學這個大樹而生長的。

1950前後,伽莫夫第一個建立了熱大爆炸的觀念,並發展了哈勃的思想。他們認為這個創生宇宙的大爆炸不象普通的爆炸,普通的爆炸是發生在一個確定的點,然後向四周的空間傳播開去的那種爆炸。宇宙大爆炸是一種能夠誕生空間的爆炸,爆炸中每一個粒子相對於其它粒子的距離都在擴大。

宇宙大爆炸這種膨脹性質使有的人感到不解。站在地球的角度來看,遙遠的星系都在飛快地遠離我們而去,但這又不意味著地球就是宇宙的中心。平均而言,宇宙不同地方的膨脹圖像都是差不多的。可以說每一點都算是中心,又沒有一點絕對是中心。我們只能認為是星球和星球之間的空間在伸長或擴大,而不是星系在空間中運動。

打個比方,我們在一個氣球上畫許多個點,當我們用力吹氣球,氣球擴大,這些畫的點於點之間的距離都在擴大。我們設想一下,如果月球發生爆炸,炸成許多碎片,向四周飛奔,我們背對著月球,看到月球的碎片離開我們運動,我們向著月球這一面,應該看到月球碎片向我們快速接近。

對於哈勃和伽莫夫提出的宇宙大爆炸,事實上應該理解是空間本身的暴漲,或者說大爆炸產生了空間。 空間自己可以伸長看上去似乎離奇古怪,不過廣義相對論認為,引力實際上是空間(嚴格地說是時空)彎曲或變形的一種表現,從某種意義上來說空間可以按某種方式彎曲或伸長,廣義相對論支持宇宙大爆炸理論。 統一場論是否支持宇宙大爆炸理論呢?

統一場論表面上支持宇宙大爆炸理論,實際徹底否定了宇宙大爆炸理論。

整個統一場論本質上就是描述空間如何運動變化的,你宇宙大爆炸理論認為空間本身在伸長,這個統一場論支持了這種看法。不過,統一場論認為,空間的運動變化是空間本身具有的性質,它不完全是物質粒子運動所造成的,空間的運動變化按照統一場論的思想說白了就是一種相對運動。

我們坐在一輛飛奔的汽車裡,看到後面的景物快速離開我們,統一場論認為宇宙中別的星球離開我們也是這種原因。前面的螺旋時空方程告訴我們,如果一個觀察者處於空間中,它周圍空間都以螺旋式波動運動,這其中含有個一光速離開觀察者的運動。把這種看法帶到現實世界中,似乎又產生了矛盾。

站在地球上的人看到月球沒有以光速離開我們運動,其實這個很好解釋,地球和月球都以一個相同的穿越空間的光速運動。我們的目光跳出太陽系,也沒有看到哪一個恆星以光速離開我們運動,這個可以這樣解釋,前面的螺旋時空方程是有一個前提條件的,那就是描述我們觀察者是靜止的,他看到了周圍空間是如何相對於我們觀察者運動的,一旦觀察者運動起來,比如轉動起來,它周圍空間的運動可不是這個樣子。觀察者將看到周圍空間運動又是另外一個景象,本來看到空間有一個以光速離開我們觀察者的運動,這會兒可就不是以光速在運動,如果觀察者的運動更復雜些,所看到的景象可就更是不同。

對於相對運動,人們常產生一種誤解,我們坐在一輛飛奔的汽車裡,看到後面的景物快速離開我們,那前面的景物應該快速的接近我們,同樣道理,我們看到別的星球快速的離開我們,在我們的反面將看到星球快速的接近我們,為什麼現實不是這種情況?

前面的垂直原理告訴我們,運動是由垂直原理支配的,在地球上某個地方,比如是中國,我們觀察者看到周圍空間是三維垂直的,那空間就要運動變化,並且運動的方式是由螺旋式波動時空方程描述的。空間在離開我們運動,對於其反方向和我們中國對稱的地方巴西國家,觀察者也看到空間在運動,這個空間運動的原因和在中國的情況是一樣的,當然也是離開觀察者向外運動。

在中國看到一個蘋果掉在地球上,我們認為是相對運動所造成的,說白了就是地球撞上了蘋果,可是有的人馬上就說如果這個看法成立,和我們對稱的巴西國家地面上有一個蘋果將飛向空中。這種看法實際上有個前提條件就是:空間是靜止的、不動的,就像一個風平浪靜的海洋,地球、月球、太陽、星星----就像魚兒一樣在空間海洋中運動,一切運動都是相對於這個空間海洋的。

然而相對論認為沒有絕對靜止的狀態,統一場論更直截了當地認為空間本身是時刻運動變化的,以上的前提條件是不存在的。

統一場論認為,我們觀察者無論處於哪一處空間中,都看到空間是相對於我們快速的離開,處於空間中的星球也將隨著空間快速的離開我們觀察者,這個原因是空間本身具有的性質,是垂直原理決定的,並不是什麼大爆炸產生了空間。

那麼如何去檢驗這兩種看法的那一種是正確的?

如果大爆炸的理論是正確的,肯定有個週期,在若干億年後,空間就會收縮,我們將看到遠處的星球個個向我們靠近,這個要等上幾十億甚至是上百億年才能夠知道答案,看來這個方法我們還是免了吧。

按照統一場論的思想,宇宙沒有開始沒有結束。這樣看來,遠處的星球遠離我們運動,可能只是一個運動的假象。水面上的波紋看起來在向前運動,實際上只是運動的形式在前進,水分子根本就沒有前進。在體育場看球賽的球迷,經常搞的人浪,就是幾個球迷突然從座位上站起來,然後坐下來,相鄰的球迷接著重複這個動作,這樣使這種運動形式像水波傳播開來。

統一場論認為,自然界一切(包括空間)都是在以螺旋式運動,我們觀察者在空間中以螺旋式運動,我們自然看到遠處的景物都在遠離我們運動。天文學家發現,距離越遠的景物,離開我們的速度就越大,這個可以這樣理解,我們觀察者在旋轉運動,離我們越遠的物體,我們看到的運動速度就更大。

如果遠處的星球都是真實的在相互離開,彼此的距離在真實的擴大,統一場論那一種宇宙沒有開始沒有結束的看法可能是站不住腳的。

也可能有一種折中的看法,宇宙大爆炸可能只是發生在宇宙空間的局部,在宇宙時間段也是局部的,也就是那麼一段時間段,而不是整個宇宙從大爆炸開始產生的,簡單的講,哈勃描述的大爆炸發生在宇宙中某個時間段、某個局部空間範圍內。


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