“暗能量”－大爆炸宇宙学中的“燃素”（二）

－宇宙学的四大疑难

科学的发展就是一个不断发生错误、纠错之后又发展的过程。

“无论是宇宙学家还是粒子物理学家都从未认为目前的宇宙学模型是完美无缺的。例如，无论是热大爆炸学说还是暴涨学说，都不可避免的存在一个假设就是我们的宇宙来自于一个时空的奇点，而这一奇点的物理性质到底如何，是否存在正确的数学描述，这些都是尚未得知的物理难题。因此，对宇宙学的研究还远远没有到宣称收获的时候，恰恰相反，这应该还只是一个更为成功理论的初章”。（ 蔡一夫、朴云松、张新民，现代宇宙学简史，现代物理知识，2015，27(5)：26-30.）

北大俞允强教授也指出宇宙学中存在“膨胀加速，斥力来自何方？”、“反物质在哪里？”、“用暴涨解释超视界均匀性，用什么证实暴涨确实发生过？”等，“更深邃的未决疑问”。（俞允强，宇宙学这80年，物理，2009,38（8）：531-535）

上述这些未决疑问，表明“现代宇宙学”理论存在基本性质的认识和逻辑错误，导致出现诸多难以摆脱的矛盾和疑难。

第一个疑难是“年龄矛盾”。

“宇宙年龄问题是宇宙学中非常重要、又非常令人困惑的问题。与50年前不同，今天的观测结果并没有在宇宙年龄上呈现出明确而尖锐的矛盾。实际上，今天的矛盾是潜在的，但却是深刻的”。(俞允强，宇宙年龄问题上的疑难，物理，1998，27（5)：259-263.）

俞允强教授虽然感到“宇宙有有限年龄曾使人们感到难以接受”，但认可“今天宇宙的年龄有限大是不可避免的结论”。（俞允强，热大爆炸宇宙学，北京大学出版社，2003，p.34）

2000年，“潜在的矛盾”再次出现。天文学家测出天秤座中编号HD140283被称为瑪土撒拉的恒星年龄长达160亿年，明显超出宇宙年龄138.2亿年。2018年，瑪土撒拉的年龄被修正为144.6亿年±8亿年。取下限136.8亿年，终于小于138.2亿年了！

表面上看，年龄矛盾是由哈勃常数测量不准数值偏大引起。实质是一个单纯由引力控制的物质系统（宇宙）的演化，避免不了出现“宇宙来自于一个时空奇点”的悖论。宇宙有有限年龄只是随悖论陷入的窘境。

――随着观测和研究的深入，一定会发现年龄超过138亿年的恒星、星系或星系团。（著名天文学家F.Zwicky曾经推测，星系团的年龄可能达到一千亿年量级）。随着更强大的望远镜（如韦伯）进入太空，必然需要更大的时空坐标系来容纳观测到的宇宙。

第二个疑难是“斥力来自何方？”。

“现代宇宙学”是一个以引力为基础的物质演化理论。物质之间只有引力没有斥力，是这个理论的根本缺陷。

牛顿发现的“万有引力”，普遍被理解成是一种只有吸引没有排斥的相互作用。这种不具有均衡性的相互作用，必然引起矛盾。当年，牧师本特利写信给牛顿：“万物相互吸引，星星们最终将会相撞聚合成一个燃烧的超级星球；无限大的引力是否将使整个世界产生爆炸或撕裂？”  牛顿回信无奈的说：“星球运动不仅由于自然的原因，而是来自于全能主宰的推动。”

“本特利悖论”让牛顿“万有引力”不再适用于宇宙学研究。当前宇宙学研究以广义相对论为理论基础。但广义相对论仍然是一个“只有引力没有与之相当斥力”的理论。当观测发现宇宙膨胀不是想象中的减速而是加速时，“斥力来自何方”就成了难题。

用暗能量解释膨胀加速，只是引入一个更深邃的未决疑问。

第三个疑难是“反物质在哪里？”

粒子物理学中，正反粒子是对称的。对称性要求宇宙中的正反物质数量相同。“由光学观测正物质天体和反物质天体是看不出差别的…能让我们判断是否有反物质天体的重要根据是正反粒子相碰湮没释放出特征性的伽码射线…这种观测已从太阳系、银河系延伸到本星系群之外。天文学家已肯定，在我们周围10Mpc范围内没有反物质星系…可是，如果反物质星系与正物质星系区的界面离我们太远，湮没现象可能因太微弱而没有被观测到。因此，今天的回答还不十分确切……在理论家看来，10Mpc范围内没有反物质星系，几乎等于肯定了全宇宙没有反物质星系。如果宇宙中正反物质是等量的，按粒子物理已经知道的相互作用，它们是没有可能作大尺度的分离的”。俞允强. 热大爆炸宇宙学，北京：北京大学出版社，2001，99-111，19-21）（俞允强. 物理宇宙学讲义，北京：北京大学出版社，2002，195-208,89-112,77）

从俞教授上述文字看，现在只能肯定10Mpc范围内没有反物质星系。若宇宙中“不存在能将正反物质作大尺度分离的力”，超出10Mpc的大范围中应该也没有反物质星系。――若正反物质之间不是相吸而是相斥，正反物质就有大尺度分离的可能，认为宇宙中没有反物质星系的逻辑根据就不充分。宇宙中的反物质星系就可能存在于离正物质星系距离超过10Mpc的地方。

宇宙学家们设想原初正物质比反物质多亿分之一，湮灭后只剩下正物质的解释是行不通的。宇宙是物质与时空的全体。不交代湮灭后大多数物质去向的物质系统是不能称为宇宙的。

第四个疑难是“超视界均匀性和空间的平坦性”

微波背景辐射观测到了超视界的均匀性和时空的平坦性。超视界意味着任何物理原因不可能解释它。于是寄希望于猜测性的暴涨理论。可是用什么来证实暴涨确实发生过?

广义相对论宇宙，时空是弯曲而非平坦的。只有宇宙物质密度和临界密度之比Ω等于1时，宇宙才是平坦的。宇宙中Ω＝1，就是个小概率事件。根据大爆炸模型，Ω和1的差值随着宇宙年龄增加而增加。空间的不平坦性会被时间很快地“放大”。宇宙已经演化了137亿年，宇宙竟然还是非常平坦，实在稀奇。

难道没有一种宇宙动力学模型，能够让宇宙整体超视界均匀，空间又平坦？