宇宙膨胀的阴影下面（20）：都是本末倒置出的错

在以前的博文中谈到有关宇宙膨胀的问题时，总是觉得底气不足。因为知道自己的知识面十分有限，尤其是在理论物理的有关知识实在缺乏，一直自惭形秽。知道爱因斯坦在创立广义相对论以后，就着手应用引力场方程来解决宇宙问题，希望由此建立现代宇宙模型。曾经得到过一个无中心、无边界但有限的宇宙。至于以后通过这个引力场方程的解，人们得到过不同的宇宙模型。直到后来出现了宇宙大爆炸的说法，竟然还能成为现代宇宙学研究的主流思想，自己接受不了，也就对其提出了异议。但鉴于通过引力场方程来得到宇宙状况的都是久负盛名的理论物理学家、数学家、宇宙学家，不敢想象其中会有什么不妥的地方，也就以为那是自有其道理的，并没有去深加思考。后来在分析宇宙大爆炸的说法时曾用电磁场与电磁体的关系进行了类比，只是朦胧地觉得用引力场方程就能得到整个宇宙的状况可能不太靠谱。但也仅仅是局限于感觉而已。

现在再回过头来来看这个问题，思考以后觉得这里主要还是存在本末倒置的问题。所谓引力场方程的解应该是反映相应的引力场随时间、空间的变化情况，即涉及到引力场强度、方向等方面的变化。但对于不同的研究对象就需要掌握相应的能量-动量张量数据，然后才能解方程，得到相应的引力场分布情况，由于不同的研究对象相应的能量-动量张量的数据也不同，相应的引力场分布情况也就各异。能量-动量张量的数据是‘根本’，而得到的相应引力场分布不过是求解的目标，是由‘根本’决定的。如果存在膨胀或收缩，在相应的能量和动量上就会有所反映，相应的张量就应与无胀缩时有所不同。求解得到的引力场分布肯定不会是引起胀缩的原因。也就没有理由根据它来判断宇宙是否存在胀缩了。用引力场的情况来判断宇宙的胀缩肯定是本末倒置的。一切用引力场的情况来得到宇宙的所谓情况都肯定会因其而出错。

有人说根据广义相对论引力场方程就能得到一个有限无边、没有中心的膨胀宇宙，这是说不通的。既然说到膨胀，宇宙也就肯定有一个具有一定体积的存在范围，其范围之外就不是宇宙了。其范围内外既然不同，就显然存在界限，那界限难道不就是宇宙的边吗？既然说宇宙有膨胀，就不难分析出膨胀开始于何处，那里当然就可视为宇宙的中心。有人以气球来类比宇宙，宇宙就像气球那样膨胀，在气球上是找不到边的，那就很荒唐了。气球的大小不就是取决于它的球面吗？那就是它的边界。宇宙也不是像气球那样只有一个球面，我们看到的宇宙几乎是无限无边的，和气球哪里有什么相似之处呢？两者完全无法类比。随着观测手段的飞跃进步，人类的目光所及越来越远，但依然无法企及宇宙的边界。对于一个即使不是无限也是接近无限大的宇宙来说，膨胀与否根本就没有任何意义。

人们常说：根据广义相对论的原理，在引力场的作用下时空表现出一种几何属性—曲率，但该属性并不等同于膨胀。如果宇宙真地存在膨胀，在引力场的作用下时空出现了弯曲，或许可使膨胀的方向出现变化，但绝不可能使没有膨胀的宇宙发生膨胀。不管是广义相对论还是黎曼几何，都不可能从理论上将时空的曲率变成膨胀。我曾经以为：引力场是普遍存在的，小到原子、分子，甚至更小的粒子，大到地球、太阳、太阳系、银河系直至整个宇宙，都存在各自相应的引力场，显然是不能根据引力场的存在就认为世间万物都存在膨胀的。现在想来，或许不是所有引力场都会一无例外地造成时空弯曲，进而膨胀的。宇宙中引力场的情况完全取决于宇宙中的能量-动量张量的数据分布，原子中引力场的情况则取决于相应的能量-动量张量分布，有可能不会造成弯曲、膨胀。其它事物也如此。并不能以此理由来否定宇宙时空存在弯曲、膨胀。不过在解宇宙引力场方程时，其能量-动量张量的数据，反映了宇宙中的物质分布和运动情况，应该是已知的，由其得到的解只是宇宙中的引力场随时间、空间的变化情况。如果这个结果会反过来使不膨胀的宇宙发生膨胀，则宇宙中各处物质的运动方向和速度都会有相应的变化，其能量-动量张量分布也就会发生变化，当然会使方程得到的解也发生变化。能如此互为因果往复求解吗？那可能就会无法得到确定的解了。

如果将宇宙作为一个整体考虑，与宇宙中局部地区存在强大的引力场所产生的效应是不相同的。由于宇宙是广袤无垠的，天体之间的距离均可达到天文数字的级别，相对于在空间中所占比例而言，天体的分布应是相当稀疏的。各天体本身产生的引力场在其附近的强度肯定要比远离处大很多，这就使宇宙中各处引力场强度的分布是十分悬殊的，在天体附近具有的强大引力场就有可能造成时空的弯曲甚至膨胀，于是就有水星运动轨道的进动、天体光线的弯曲、引力透镜等现象的发生。但它绝对不会使产生该引力场的天体本身发生弯曲或膨胀。对于远离相应天体的处所上述现象就不可能发生。太阳的质量在太阳系中所占比例，人所共知。其引力场之强大毋庸置疑，但能明显引起运动轨道的进动的，也只有距其最近的水星，距离较远的天体所受类似影响甚微。宇宙中各处引力场强度应该十分悬殊，在远离天体的处所引力场强度一定都是很弱的。宇宙中所有物质造成的引力场总效应就应该是十分复杂的，它不可能使宇宙自身发生弯曲或膨胀。相信没有任何人能够给出会使宇宙整体上发生膨胀或收缩的理由。通过这些分析可见，引力场的作用不能恣意放大，不能认为它是能够主宰整个宇宙的。

根据以上的讨论似乎可以认为，某些根据广义相对论对宇宙情况的讨论或多或少是因为本末倒置而引起的错误。尽管这些看法是由著名的物理学家、数学家、宇宙学家提出来的，但古语有云：“智者千虑，必有一失”，这并不会影响他们的伟大，我们的粗浅看法还是可以坚持的。