世界前沿科学问题（宇宙部分）

                                           晏成和

《SCIENCE》杂志，发表了全世界最前沿的125个科学问题 。《科学前沿》在转载时扔下一句话：敢来挑战么？

125个问题包罗科学的方方面面，其中关于物质物理、化学有16个问题，可以用核外电子规律运动的观点、基本粒子伴生着波的观点来迎接挑战，以下按原题号进行阐释。关于宇宙的问题有以下5个，先讨论27、26，综合进行探讨。

27.是什么驱动宇宙膨胀?

26.宇宙是否唯一?

29.超高能宇宙射线来自何处?

35 时间为何不同于其他维度?

33.质子会衰减吗?

27.是什么驱动宇宙膨胀?

天文观测发现宇宙正在膨胀着。宇宙膨胀的根据有二：一是物理常识-多普勒效应；二是观测到的事实，宇宙遥远天体发光频率的改变——红移。星光红移能够证明宇宙在膨胀，同时也带来了问题：是什么驱动宇宙膨胀?

要回答宇宙膨胀，最好从膨胀的理论根据-多普勒效应说起。

当一列火车开向观察者，其声音频率升高；离开，其声音频率降低（红移）。同理，当一束光线快速移向观察者，其光波频率升高（蓝移）；光源离开观察者，其光波频率降低（红移）。

天文观察，看到宇宙远处的星光都是在红移-频率降低。按多普勒效应理论，说明远处的天体都在离开观察者，宇宙中所有的天体都在飞离地球，越来越远，于是红移就成为宇宙膨胀的实验和理论依据，说明星球在飞离、宇宙正在膨胀。反过来，说明越是在早期，天体与地球相距得越近，以至于在很久以前，所有的天体都聚集在一起、甚至是聚集在一个点（奇点）。由此推理到宇宙的形成来源于奇点的一次大爆炸——宇宙大爆炸。

大爆炸理论逻辑明晰，讲述了宇宙来历，当然是红极一时。

一个奇点的爆炸，造就了宇宙，历经了一百多亿年，宇宙仍然在猛烈膨胀着，是什么驱动宇宙不断地膨胀?这是宇宙大爆炸理论所引发的问题。

宇宙大爆炸的依据——“多普勒红移”，必须建立在星光（光波）频率恒定不变这个前提之下。如果光波频率在传播的岁月中有所降低、光波频率在漫长的运行过程中自身发生频率衰减、自己红移。那么，这个红移就不是多普勒效应、不是天体飞离、不是宇宙膨胀，这个大爆炸的推理就不存在，宇宙起源于大爆炸只是一个虚幻的想象。

红移是事实，判断这红移是光波频率的衰减、还是天体离开的多普勒效应？成为问题的关键。所以，研讨宇宙是否膨胀，必须探讨光，看光波频率是否永恒不变、是否可能发生衰减。现代科学建立四百多年来、激光发明之前，人们一直认为光波频率是恒定不变，因为光速太快，零点几秒就可以达到地球的任何地方，在地球距离内，人们难以发现电磁波频率变化，也就认为电磁波频率不会变化。这种朴素的认识情有可原，如同当年认同地心说。

测不到电磁波的频率变化，探讨物理的我们可以在别的物理波中得到类比和借鉴。例如声波，最强声是打雷，附近的雷声炸响，清脆、声频特高；远处雷声滚滚、低频浑厚。雷声与听者之间没有改变距离、没有多普勒效应。清脆-浑厚，说明声波在长途传播过程中频率逐渐降低。

水波也是，在长距离精确的水波实验中，远端的水波振幅降低、波长变长、频率变慢。这些现象应该给我们启示：波在漫长传播过程中频率已然会有所衰减，这应该是所有波的共性。那么，光波在漫长传播过程中频率也会有所衰减。

当然，要以理服人还是必须直接研讨光、实验测试光的频率能不能衰减。

实验，磁光效应：偏振光在磁场作用下，偏振方向有一个小的角度偏转。这给人们一点提示：在途的光还是可能受到外界条件的影响，能够有所改变。

1960年人类研发出了激光，激光单色性好，相位差一致，方向集中（定向）。激光来源于频率不同、相位参差的普通光，是在专门的激光发生器中经过千万次的来回磨合、修整才逐步形成频率、相位一致的激光。[1]

激光的形成经过说明光波的频率不是永恒不变的、是可以因外界条件的修整而逐步改变的。激光的形成给我们提供了重要理念——电磁波的频率是可塑的、不是恒定不变的。只是在地球环境下，光频率的衰减我们看不出来。看不出来不等于不存在，激光启示我们，在宇宙空间长期运行中的电磁波频可能会发生衰减。

天文观测到的红移是事实，红移可能是星球的飞逝-曾经的大爆炸；或者是星光频率的衰减。要确认大爆炸理论的正确或者只是一个错误的推论。还要看后续逻辑的支持。

宇宙大爆炸理论来源于天文观测到的天体红移，逻辑推理上也都无懈可击。但是大爆炸学说的推理之外还有推理：地球周围所有天体都在离地球远去，那么大爆炸的中心就在地球！要知道宇宙有数亿亿个天体，太阳系所在地也只是偏于银河系的一臂。宇宙的奇点、大爆炸出发点、这种极小的概率竟然降临在地球，实在是过于神奇（后续逻辑牵强）。

如果红移是光波的衰减，那么在地球上看到四面八方射来的光都在随着跋涉的距离成比例的衰减，以观察者为中心看到这种来自各方的衰减，则是理所当然。

观察发现，越是遥远的天体红移量越多。那么就是，越是遥远的天体，飞离得越快，近慢远快，这规律也有点神奇。更神奇是，快得离谱，依据红移量计算，许多遥远天体的飞离速度大大高于光速！按常理、按现在宇宙温度，爆炸完了后的一百多亿年，远离爆炸中心的天体应该减速，遥远的天体怎么能够越飞越快，推动能量是哪里来？是什么力量驱动宇宙膨胀?成为新的问题。看来大爆炸理论的后续逻辑荒诞、值得反思。

越是遥远的天体“红移”量越多，表明所谓的红移不是多普勒效应，恰恰是星光频率的衰减、表明电磁波频率的衰减与传播距离成正比，越是遥远的天体其光波在宇宙天体间传播的时间越长，频率衰减的红移量自然越多。天体物理观测到的频率减量不是红移，不是多普勒效应、不存在天体的飞离。

当然，作为一个物理学效应，多普勒频移肯定是存在的。所以，地球附近的天体星光发生运动红移、蓝移也是客观存在。天体星光中衰减红移与多普勒频移混合存在。但是这些附近的多普勒频移量跟遥远天体光波的衰减频移量比较起来是微不足道，所以遥远天体星光所表现的红移全都是衰减红移。

有些科学人，把衰减的红移张冠李戴成了多普勒红移，推理出来宇宙膨胀，导致宇宙大爆炸。这个理论起点就存在错误，宇宙起源于大爆炸只是一个虚幻的想象。星光红移全都是衰减红移，宇宙并没有膨胀，所以就不必回答是什么驱动宇宙膨胀。

以上，通过类比，通过分析、推理批驳宇宙膨胀之说，在逻辑上是严谨的，衰减之说已经完胜。但是，科学最注重的是事实、是证据。研究学人还可以继续进行精密的天文观测，选定几个河外星系，看几十年红移值Z是否稳定，把光波衰减的课题做牢。

激光的形成，表明电磁波频率存在可塑性，人们意识到光波频率的可衰减后，可以在地球-月球之间，利用激光频率特性作出精确的电磁波衰减实验。现在，人类已经可以在地-月之间进行精密的激光测距，那么，就用这个装置把观测的着重点放在激光频率的变化上，利用这两个38万公里的距离，测量激光自身的频率是否衰减。

这个实验指日可待，这个两秒钟的实验，是一个诺奖级的实验，可以把人类对光的认识提到一个新的高度，可以终结宇宙大爆炸的争论，让人类对天体物理的认识有一个全新的进展。

                                            2018/10/18