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宇宙无限论的实验基础

摘自《自然杂志》１９卷４期的‘探索物理学难题的科学意义'的９７个悬而未决的难题：94．宇宙会一直膨胀下去吗？９５．宇宙大爆炸的量子起源是什么？９６．大爆炸之前可能存在什么？９７．我们的宇宙是否有兄弟姐妹？

爱因斯坦：球面宇宙是有限的，又是无界的.注：“球面宇宙”的球面，即其对外的界面，硬说其无界，硬称此体积有限大的东西为宇宙，这就是爱因斯坦宇宙理论的立足点.

爱因斯坦：如果宇宙无限大，宇宙物质密度必为0，如果宇宙物质密度不为0，宇宙必然是有限的^【1】.

注：宇宙有多大，只与不动的立方厘米量有关，与物质毫无关系，与密度毫无关系.

谭天荣：只有对于“有限宇宙”，才能给出一个物质密度^【2】.

简明不列颠百科全书：爱因斯坦对宇宙认识的贡献是无与匹敌的.

中国大百科全书：爱因斯坦以科学论据推论宇宙有限无界：这是宇宙观一次革命，它为宇宙膨胀理论和大爆炸宇宙学奠定了基础.

德西特：宇宙象一个正在长大的气泡，不断膨胀.

勒梅特：反推时间可知，所有星系所有物质被挤进宇宙蛋，一场大爆炸把它炸开，几十亿年后，留下现在的膨胀宇宙^【3】.

注：任何膨胀体，都只能是在无限大空间中的一个空间区膨胀着的一细物，都只能是在无限多个上级配件中膨胀着的一个下级配件.

丁肇中：科学家相信，宇宙从爆炸来，爆炸以前，没有时间和空间.

注：任何爆炸，都只能是结构性配件的下级配件，在一定的运动持续过程或时间，在一定的空间区高速离散的现象.

伊壁鸠鲁：宇宙过去和现在一样，将来也永远如此：它的空间无限大，它的有形体无限多.

霍金在《时间简史》中也说过：“我认为大爆炸有着明显的宗教意蕴.”宇宙学是建立在观测事实的基础上，它必须对观测事实进行数学处理，建立理论模型；理论模型必须给出可供观测的预言.例如，宇宙能否作为一系统并被进行整体研究，在宇宙学中并不是显而易见的：(1)宇宙必须表现出可观测的大尺度统一特征；(2)宇宙各部分之间必须存在物理上的联系机制(不能是抽象的“普遍联系”)；(3)在地球这个局部所发现的自然规律可以适当地外推到整个宇宙.大尺度红移现象的发现为第一点提供了观测证据，引力理论的发展(广义相对论)为第二点提供了物理理论根据，第三点虽然无法得到证据，但对这个问题(也是一切自然科学甚至一切科学面临的问题)，科学家都持一种经验主义的谨慎的态度.正是这三点都有一种科学上能容忍的答案，现代宇宙学才敢于把宇宙作为一个整体(Universeasawhole)来进行科学的研究.

薛定谔认为：“一个只有剔除了一切人格化因素才能得到的宇宙模型不会为人格化的上帝所造.由此我们可知，科学家们并不是从经验事实出发否定了上帝的存在，或限制了上帝的作用，而是他们采取的方法一开始就排除了上帝.”

世界上许多著名的物理学家评论了宇宙背景辐射发现的物理意义.伯格曼认为，在宇宙尺度上，相对性原理被破坏了；宇宙背景辐射只在一个独一无二的参考系中各向同性，在这个意义上，那个参考系代表“静止”.韦斯科夫认为，无论如何，观察到的2.7K辐射决定了一个各向同性的绝对坐标系；迈克尔逊和莫雷的梦想变成了现实，即找到了我们太阳系的绝对运动，不过不是相对于以太，而是相对于光子气.斯塔普认为，2.7K背景辐射定义了一个优越的参考系，利用它可以决定事件发生的绝对顺序.哈肯也认为，狭义相对论否定了特殊参考系的存在，但是宇宙背景辐射却成了一个绝对参考系.罗森甚至认为，宇宙学的最新发现要求回到绝对空间的观念.胡宁认为，在迈克尔逊实验的零结果和以太模型之间没有出现任何矛盾；在某种意义上，上述400公里/秒的速度可以看作是迈克尔逊所要测量的地球相对以太运动的速度，他认为，宇宙背景辐射的各向同性分布所决定的坐标系，可以看作是真空的静止坐标系；相对性原理的适用范围应有一定的限度.在1979年美国普林斯顿纪念爱因斯坦诞生一百周年大会的报告中，狄拉克也对此作了评述.他说：“这样就有一个优惠的观察者，对他来说，微波辐射是对称的.可以说，这个优惠的观察者在某种绝对的意义上是静止的，也许他就对以太静止.这恰恰与爱因斯坦的观点相矛盾.”“在某种意义上说，洛伦兹是正确的而爱因斯坦是错误的，因为爱因斯坦说过的一切，就是根源于当时的物理学不可能显示出绝对零速度.”

哥白尼的宇宙边界是太阳系，随着人们观测水平不断地提高，视界在不断地扩大.实际上，望远镜可以越造越大，视野越伸越远，总可以观察到以前没有观察到的空间，自然而然地形成无限无边的宇宙概念.自伽利略和牛顿之后，人们普遍接受了时空的无限性.特别有了空间坐标系以后，可以很直观地把宇宙的体积看成是无限的，无论沿宇宙空间中任何一点的任何一个方向看过去，都不能找到它的边界，宇宙空间是欧几里德几何中的三维的无边和无限的空间.无限、无边的观点之所以被普遍承认，除了天文观测事实以外，若承认宇宙是有边界的，或有限无边的，都有会碰到这样一个无法解答的问题：界限的外面又是什么？无限、无边的宇宙观和牛顿的无限的时空相吻合.牛顿力学为无限、无边的宇宙观点提供了依据.因为按万有引力的规律，一个有边界的宇宙将不能保持稳定，在边界上的星球将处于特殊位置，星际间的万有引力将把它拉向中心.于是，一个无限无边的宇宙模型又从牛顿力学找到了根据.

在观测中，宇宙是高度均匀的.物质的物理性质和分布都是均匀的.无限数目的星在体上以均匀的密度分布在宇宙空间中，无论哪个天体，哪处时空和哪个方向都不居于特殊地位，它说明宇宙的结构是如此一致，我们有可能以一种极为简单的方式建立全宇宙的模型.

相对论甚至不能对径向多普勒效应做出合理的解释.多普勒现象是：光源远离观察者时光谱红移，迎向时则蓝移.相对速度愈大频移愈甚.频率红移应当是观察者测得的现象，根据space-time平权理论，距离的增加相当于时间的延缓，因此频率减小.因此红移量与距离成正比，光源越远，它远离我们的速度也越快，即V=H×R，哈勃的发现验证了这个问题.类星体是射电天文学观测的结果.它的特点是红移特别巨大.根据哈普定理：红移越大，相对地球退行的速度也越大，离地球也就越遥远.这样，类星体就被解释成一个远离地球、且相对地球高速退行的天体，从而引发了远距离与大能量的矛盾.李晓卿：“一定能揭示红移现象所蕴含着极为丰富的物理内容，使我们认识达到一次飞跃.”天文学报1976.2.何香涛，沈小峰：“红移争论”是近代天体物理学中最热门的讨论课题之一.《自然辩证法通讯》1983.1

微波背景辐射的温度朝不同方向看如此一致，说明space-time的本质是场，它是零点振动的表现形式，应当重新分析这些实验.热的本质如果归结为量子的碰撞（宏观上或微观上），那么就可以理解微波背景辐射的温度.热辐射的本质其实就是由于电磁质量能级的变化而辐射electromagneticfield，温度的本质应该解释为electricfield与引力场的强度，可以运用实验证明这个观点.

物体在碰撞过程中能量的损失的过程应当是机械能——电磁能——内能——电磁能之间的相互转化，由中子组成的物体之间的碰撞不会发生这一过程.传导与辐射本质上是一样的.空间增大时，时间缩短，容易理解Minkowski方程s²=(ct)²—(x²+y²+z²)，也进一步验证了广义相对论的正确.

参考文献

【1】    爱因斯坦.狭义与广义相对论线说.上海科学技术出版，1964.90；96.

【2】    谭天荣.哥本哈根迷误.陕西科学技术出版社，1988.134.

【3】  阿西摩夫.古今科技名人辞典.北京：科学出版社，1988.331；385.