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對宇宙起點時間和宇宙奇點的新思維

知識百科宇宙新思維

我認為這是由純數學理論與物理實際相脫節造成的 。只要與物理實際相結合 ， “奇點”就不奇 。近二十年多來許多研究成果已經表明宇宙正在加速膨脹 。自從西方的宇宙大爆炸理論提出以后 ， 現已成為共識 。
宇宙在起點時間的一個奇點所困擾
前段時間 ， 我重讀了美國天文學家哈勃1929年 ， 在美國科學院院刊(PNAS)發表的關于發現宇宙膨脹關系的著名論文的原文[1] 。他在文章的最后一段就有將一個加速度和時間 ， 引入后來被人們稱為哈勃定律的公式(1)的意愿 。
v = H0 × d (1)
(1)式中的H0是哈勃常數 ， 大約為70 km/s/Mpc (其中Mpc 表示百萬秒差距 ， 1 Mpc = 106 秒差距 = 3.26 × 106 光年)[2] ， v是觀察到的天體的退行速度 ， d是該天體到我們地球的距離 。
這個公式只是哈勃從眾多的觀察數據中歸納出來的一個數學變化關系 ， 但它揭示的是更深層次的宇宙膨脹的本質 。從哈勃本人到今天的我們 ， 對于(1)式的物理意義都會感到有點跛足 ， 使它與對宇宙膨脹的本質描述之間隔上了一層霧霾 。湖南師范大學物理系的方杰老師 ， 在科技論文在線發表的“星系紅移的理論分析”一文 ， 已經對宇宙紅移的疑惑及學界爭論作過專文介紹 。
(1)式是在多普勒效應的基礎上提出的 ， 我認為 ， 由于當時宇宙膨脹的理論還沒有被普遍接受 ， 哈勃想改寫他的公式的想法也就沒有得到實現 。根據他的意愿 ， 本文將公式(1)改寫后就得到了描述宇宙膨脹的哈勃定律的微分式：
d U = W×d t (2)
其中U表示宇宙膨脹的速度 ， W和t是根據哈勃的意愿引入的加速度(常數)和時間 。W在數值上與原來的哈勃常數完全相等 ， 其單位改寫成了加速度的單位 ， m/s2或 m/s/年 。
(2)式比(1)式的物理意義更明確 。因為宇宙膨脹的速度就應該是與時間成正比 ， 比原來“天體退行的速度與天體到我們地球的距離成正比”更貼切 ， 更能揭示宇宙膨脹本身的規律 。??
將(2)式對時間t在t=0到t=T之間進行二次定積分 ， 就能得到今天的宇宙半徑R
R = R0 + ∫0T W t d t = R0 +1/2 W T2 (3)
式中的R0是膨脹開始之前t=0時的宇宙半徑 ， 也是數學上的一個定積分常數;T是今天的宇宙年齡 。時至今日 ， 早已有：R >>R0, 所以R = 1/2 W T2。對于今天宇宙的大小 ， 其直徑D為：
D= 2R=W T2= 1.4×1010 (光年)
由計算已知 ， 今天的宇宙直徑為1.4×1010 光年 ， 再由學界公認的宇宙今天的年齡為1.4×1010 年 。這表明：在宇宙的一生中 ， 其大小都以每年1光年的速度在膨脹 。1光年=9.47×1015米 ， 代入后這里算出的宇宙半徑為6.6 ×1025米 ， 與愛因斯坦等人算出的1027厘米在同一數量級 。不過與韓先生文中的數值1027米 ， 差了兩個數量級 ， 也可能是韓先生引用數據有誤 。
從(3)式中看出 ， R0就是宇宙開始膨脹之前(t=0)時的半徑 。半徑為R0時的宇宙就是人們所說的宇宙奇點時的宇宙 。因此 ， 奇點時的宇宙并不是大小為零 ， 奇點時宇宙的其它屬性 ， 我們完全可以通過如今的眾多的物理常數的相互作用和變化按時間倒推法獲得 ， 相關問題將另文專題討論 。
知識拓展
【對宇宙起點時間和宇宙奇點的新思維】關于絕對零度和絕對真空問題 ， 我認為無論是奇點時的宇宙 ， 還是今天的宇宙 ， 絕對溫度零度和絕對的真空 ， 都存在于我們的宇宙之外 ， 在我們的宇宙之內都很難獲得 。宇宙膨脹是在向宇宙之外的絕對的真空膨脹 ， 根據熱力學知識 ， “理想氣體”向真空膨脹是不做功的 ， 也就是說不需要消耗能量 。韓先生將宇宙空間的場態物質比作“理想氣體”的想法與我不謀而合 。暗能量應該是一種比氣態物質更“氣態”的物質的第四種形態——場態 。宇宙的膨脹是需要克服宇宙中由重粒子構成的物質的萬有引力 ， 這個角色只有遍布宇宙空間的暗能量才能擔當 。

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