高伯龙院士号召反对宇宙大爆炸论

高伯龙院士号召反对宇宙大爆炸论

郑道

高伯龙院士号召反对宇宙大爆炸论

郑道

（一）

《中国科学报》2012年1月9日的“思想周刊”发表中国工程院院士、国防科学技术大学教授高伯龙院士的文章《对中国科技发展的思考和建议》，号召宇宙大爆炸理论。他指出：从辩证唯物主义的观点来看，宇宙大爆炸理论显然是错误的，因为能量守恒和质量守恒定律是宇宙中的最基本定律，大爆炸只能使能量和质量改变形态，其数量在爆炸前后应相等，绝不可能从某个时刻开始无中生有。

他说：“物理学者梅晓春写了《2011年诺贝尔物理奖又授错了！》一文。列出五点反对宇宙加速膨胀的理由，其中最值得注意的一点是：宇宙学理论从超新星爆炸大红移推得宇宙加速膨胀这一结论，使用的弗里德曼方程中用了罗伯逊-沃克度规。已有人证明，该度规得出的是牛顿-伽利略速度相加规则，而不是狭义相对论的速度相加规则。英国物理学家米恩1943年甚至从牛顿力学理论导出弗里德曼方程。可见，弗里德曼方程并不适用于光速量级的高能超新星爆炸。因而，宇宙加速膨胀的结论存在疑问”。

高伯龙院士追到问题的源头，说：“令人费解的是，大爆炸的创始人之一，比利时宇宙学家勒梅特神父从哈勃定理倒推，认为大爆炸起源于一个点，时间、空间和全部物质从该点产生。为解释激化状态如何从一个点扩展开来，后来又诞生了各种理论，包括远大于光速的暴胀论，就更不可思议”。 高伯龙院士例举宇宙大爆炸理论的错误：

1、大爆炸不是开始于一个点，而是开始于一个相对目前整个宇宙很小但实际仍然很大的体积。这个模型并不违反大爆炸理论的三大主要实验证据：首先，它显然符合哈勃定理；其次，它具有大爆炸后留存的宇宙背景辐射；至于伽莫夫理论预言并在天文上得到证实的氢氦比，认认仅有一次大的核爆炸，对这个模型应成立。

2、大爆炸缺陷是，大爆炸所产生的我们的宇宙，大小约为150亿光年，现在太空望远镜所能探测到的距离也约为150亿光年，所以认为正好能够看到我们宇宙的边缘，还认为在边缘区所看到的就是大爆炸后最早形成的星系。但细推逻辑上存在严重问题：第一，假如大爆炸是从一点或者相对小的体积开始，假设走得最快的星系向外膨胀的最快速度是光速的四分之一，则我们宇宙的半径不过是40亿光年左右，而不是150亿光年，那么太空望远镜在40亿光年之外所看到的是我们宇宙之外的星系，很可能是和我们宇宙类似，在大爆炸之时产生的其他宇宙。第二，假如认为向外膨胀的最快速度等于光速（只有静止质量等于零的粒子才有可能），这样我们宇宙的边缘才能在150亿光年，但150亿光年处边缘星系的光信号不能立即传到地球上来，要等到150亿光年之后才能传到，所以太空望远镜所看见的我们宇宙的星系最远不过75亿光年处，超出75亿光年的星系都不是我们宇宙中的星系。若认为膨胀速度可以远大于光速，就另当别论了。

3、大爆炸的理论基础是广义相对论。对于广义相对论，不同的看法一直存在。长期跟随他的亲密学生及同事因菲尔德，坚持认为广义相对论是包含时间、空间及物质运动规律在内的宽广理论。而苏联的福克院士认为广义相对论只是广义引力场理论。奇点理论是爱因斯坦以后的相对论，问题很多。奇点理论可能是过度迷恋数学化的结果，对它需要从奇点的定义开始进行考查。奇点本来是高密度、大尺寸的物质团所产生，非常鲜明而具体，若一定要给它下一个严格的数学定义也并非不可。奇点的定义，是否完全符合科学的抽象这一准则？恐怕未必。因为此定义以及据此证明的奇点理论，用于实践出现了许多难以理解的现象和结论，例如，大爆炸起源的点，被认为是相对论的诸多奇点之一，是时间的奇点等。

4、2011年诺贝尔物理学奖颁给了从超新星爆炸的特大红移效应中得出我们的宇宙在加速膨胀这一结论，并认为引起加速膨胀的机制是暗能量。令人难以理解的是，颁奖公告中把宇宙的膨胀和暗能量完全联系起来，似乎两者是一回事。从物理逻辑来看，都应该将加速膨胀和引起加速膨胀的机制分开。更难理解的是，占宇宙70%以上的、产生斥力的暗能量到底是什么？为什么在地球以及整个太阳系都没有它的踪迹，甚至整个宇宙空间至今也没有找到？

5、即使宇宙加速膨胀的结论成立，其膨胀机制是否为暗能量仍需进行严格研究。例如，与弗里德曼几乎同时研究宇宙方程的勒梅特指出，爱因斯坦宇宙方程中的宇宙学常数若取小一些的值，不但破坏了宇宙的动态平衡，导致膨胀，而且愈膨胀愈快。再如他高伯龙院士2008年12月发表在《中国科学报》的“对宇宙起源的一点看法”一文曾提出，我们宇宙中较远处的星系被某一遥远的中心吸引，向它聚拢，因而加速离开我们宇宙目前的中心。这样的模型也能解释我们的宇宙加速膨胀，同样不需要引入暗能量。高伯龙院士认为，不仅我们宇宙的星系，还有广大其他宇宙的边缘星系，也被该中心牵引，向它聚拢，聚拢到足够密集的程度后，该中心发生大爆炸，产生类似于我们宇宙的新宇宙，大宇宙中的小宇宙就是如此一个个生成。

6. 李政道、杨振宁分歧，观点截然不同：2005年4月18日《中国科学报》登载李政道、杨振宁的文章。李文认为广义相对论更重要的作用是在21世纪，因为要弄清暗物质、暗能量的问题，还得靠爱因斯坦的理论来指导；杨文却认为物理学的基本规律在20世纪，已全部被发现了，21世纪将是基本规律在各领域的应用。去年，《中国科学报》登载了《我科学家挑战现代物理学“两朵乌云”》，报道由中科院多个研究所、上海交通大学、中国原子能科学院等多家科研单位参与的国家“973”计划项目“暗物质、暗能量的理论研究及实验预研”。认为19世纪末，经典物理学已经非常成熟，但是上空飘浮着“两朵乌云”：一是迈克尔逊-莫雷实验，一是黑体辐射实验。后来，它们却分别促使了相对论和量子论的发现，极大地推进了人类对物质世界的认识。和19世纪末相似，20世纪末的物理学上空也漂浮着“两朵乌云”，一是暗物质，一是暗能量。杨振宁先生所指出的方向，实际上全国都在努力进行20世纪物理学成果的应用。李政道先生所指出的方向，有一批人取得国家的经费支持，国内以中科院理论物理所等单位为主的主流理论物理学家是沿此方向前进的。希望对两种观点都能一视同仁，在基本粒子和宇宙学方面既发表主流派的意见，也发表对主流派质疑甚至反对的意见。

（二）

我们认为，国内以高伯龙院士为首的院士、院长，大多数是以反对宇宙大爆炸理论，或表示中立进去的。证据可以用问卷“同意宇宙大爆炸理论吗？”，请每一位院士填写“是或否”作统计考证。所以我们国家是民主的。其次，奇点的定义，苏步青教授等编著的《微分几何》也众所周知的定义。道理来自拓扑学的环面与球面不同伦。相对论和宇宙大爆炸论等物理学对奇点的应用，是来自《微分几何》这个定义的发挥。这是彭罗斯的《皇帝新脑》等著作有证明的。

我们不赞成大反特反伽莫夫的宇宙大爆炸理论，道理是，宇宙大爆炸理论的实质并不是高伯龙院士上面说的那些理由。证明是高伯龙院士本人想改造宇宙大爆炸理论的那个模型，只在类似

等于在反对“宇宙大爆炸论”这个词汇。宇宙大爆炸论的实质是基本粒子质量的产生，或作为质量单位的希格斯粒子，为什么反比所有的基本粒子的质量还重？占是宇宙总质量(100%)的4.4%的重子+轻子等显物质的结合结构域，怎样和暗物质和暗能量的杆线弦、试管弦、管线弦及套管弦等配对组合的“垃圾”结合结构域分离出来的？

陈绍光教授和高伯龙院士等一样，也反对宇宙大爆炸理论。但如果把陈绍光教授类似两个桶之间能形成螺旋环流上升的量子旋进论，看成泰勒桶类似的图像，能使我们更准确、精细地来全面研究弦论与基本粒子及其超粒子、暗物质、暗能量等的统一规范之路。简要证明是：

1、陈绍光在细节的五维和“旋间”上，没有分清圆周运动的环圈与球体自旋有相似也有不同。这与牛牛顿、麦克斯韦、爱因斯坦等相似。邱嘉文先生做的“三旋动画集”的视频，可直观地证明和区分这一点。正是环面自旋的多态性，球面不可比，才成为量子色动力学的基础。而第五维可以是环圈客体，而不是球面，20世纪初卡鲁扎和克林用五维统一麦克斯韦和爱因斯坦已提出。我们知道卡鲁扎和克林的第五维圈论，已经是1984年国外的超弦理论传入国内。当时我国还把超弦理论翻译为“超线理论”，而且国外的超弦理论到今天，也根本不谈类圈体类似牛顿、麦克斯韦、爱因斯坦式的自旋，只是借用薛定谔式的自旋。

1）但我们不能责怪陈绍光等国内外学人，还因不管是外文，还是在我们的中文语言里，一般人对“自旋”、“自转”、“转动”语义的理解分别不大。只有我国的三旋理论通过拓扑学、微分几何与微分流形等数学，才第一次对“自旋”、“自转”、“转动”作了规范和定义。这是上世纪50年代末到70年代的事，那时国内对国外较封闭，而且很多学人被放到基层劳动锻炼。我们也如此。但上世纪50年代末的自然大灾害，在饥荒中的分割、穿孔食物，使我们感悟到破裂中分离的圈体，以及圈体旋转中间形成的球面的不可入性。进而通过拓扑学、微分几何与微分流形等数学，第一次对“自旋”、“自转”、“转动”作了规范和定义，总结出对类圈体的三旋定义：面旋──类圈体绕垂直于圈面的中心轴线旋转；体旋──类圈体绕圈面内的任一轴线旋转；线旋──类圈体绕体内环圈中心线的旋转。

2）两年前邱嘉文就做出三旋动画视频。从三旋动画视频出发，不仅可以理解三旋的定义，而且可以使人能联想到“泰勒桶”。这是源于国外早就对“泰勒涡”的研究。泰勒涡从泰勒桶、泰勒涡柱还可变形为“泰勒球”。这些前置冠名的“泰勒”，是因该“涡”结合泰勒级数展开法，可推导出了新的壁涡公式，使得涡量流函数法能够更方便、更准确的用于微尺度下二维不可压缩气体滑移流动的计算。当然形象直观的“泰勒桶”，是指两个水桶套在一起，两桶之间充满流体，一个桶转一个桶不转。但如果说只有内筒转速，大于外筒转速时，才能有泰勒桶现象；外筒转速大于内筒转速时，不会形成泰勒桶现象，这也不确切。这只能说明其中的流体需要“搅拌”。

3）桶的高度大于桶的半径很多的泰勒桶，称为“泰勒涡柱”；外表看像一根圆柱。这种同心圆柱旋转套筒内的环隙纵截面上，有类似泰勒涡的涡存在，可导致压力在径向和轴向都有波动。这里径向压力的波动正是里奇张量效应，而轴向压力的波动，如果还能产生传播移动现象，情况要复杂一些，因为它的传动既含有有韦尔张量作用的效应，也含有里奇张量作用的效应，因为把这种流动称为“里奇流”。这可联想全封闭的“泰勒球”，这是指两个球套在一起，两球之间充满流体，一个球转一个球不转的情况，因是全封闭，不可能有“里奇流”。

但即使泰勒桶的“里奇流”，也需人工制造。例如在气液搅拌式反应器上，安装了一种特殊的气体分布器，通过搅拌产生离心场，从而诱导生成泰勒涡柱，使大量进入反应器的空气气泡，能保持在泰勒涡柱的内部。从前面知道，麦克斯韦总结出里奇张量和里奇流的结合结构域，预言了虚位移电荷式的电磁波，结果人类制造了各种各样的无线电设备，这正是泰勒球与虚位移泰勒桶组装的机器，那么人类仅只停留在无线电设备上吗？不！远远不止。

2、陈绍光教授的量子旋进论，就类似两个桶之间，能形成螺旋环流的泰勒桶图像。这是他能想到的泰勒桶的两个桶之间的流体，会怎样的螺旋进动。王守义先生和陈绍光教授年纪差不多，王守义是研究“泰勒球”湍流涡的，他把两球之间流体的运动综合为“球绕流”、“ 绕流球”。

也许很多人对“旋”和“转”不加区别，再加之没有读过《三旋理论初探》一书，对书中大量的数学描述不清楚。所以有人说，由于两个桶之间能形成螺旋环流，可定义一旋成环状层流；二旋成圈状层流；三旋成蛇圈状层流。但从严格的数学自旋定义看，“泰勒桶”、“泰勒球”和“ 绕流球”不是完整的理想的自旋。其实他说的一旋环层旋可称“层转”；二旋层圈旋可称“圈转”；三旋蛇圈旋可称“蛇转”。而且不影响把类圈体三旋定义推广到“泰勒桶”、“泰勒球”和“ 绕流球”，运用到气象学、航天航空学、电机学里面去。例如地球的大气层，就夹在地面和太空之间。

1）人工加自然的工程领域应用里奇张量和里奇流的结合结构域的例子，其实很早，也很多。例如在电机学中，一是电动机和发电机的转子及其上面的绕组线路制作，可近似联系“泰勒桶”、“泰勒球”和“ 绕流球”“球绕流”；二是转子和定子的绕组线路中的电流或感生电流，与磁场磁力线之间的缠结，也可近似联系其“层转”、“圈转”和“蛇转”的图像。又如，用电缆和光钎作信息传输制造的各种各样设备。自然界中光谱联系光子能级的跃迁，光谱线流类似里奇流；光子激发的能级跃迁，类似里奇张量效应，它是环量子三旋的自旋排列组合的变化，由能级跃迁体现出来的。即环量子三旋类似扭量球、泰勒球、绕流球。

这跟今天研制出的用光的颜色编码的光纤通讯很类似。这种“颜色调制”的原理是：调制器采用一个棱镜把普通白光分成七种颜色，投向枢轴上固定的反射镜；而枢轴的转动角度是受打出的电话信号编码控制的，因此连着枢轴反射镜反射的颜色变化，是同打出的电话信息一致的。这种操作与三旋类似的扭量球、泰勒球、绕流球的里奇张量作用效应。而不同颜色的光经过一个透镜聚焦进入光纤中，类似里奇流作用效应。而接收机将这些颜色的组合经过解码机解码，复现出话的声音，让接电话人收听。操作原理的里奇张量和里奇流的结合结构域效应刚相反。

2）我们看重“泰勒桶”，是想把它引进到21世纪量子弦学的研究。在我们出版的《求衡论》一书中，根据庞加莱猜想的变换和共形变换，如果把真空和时空的整体规范变换，产生的“开弦”和“闭弦”对应的球与环，称为第一类规范变换，那么庞加莱猜想定域规范变换，“开弦”产生的“杆线弦”及“试管弦”，“闭弦”产生的“管线弦”及“套管弦”，就称为第二类规范变换。

说“套管弦”类似“泰勒桶”、 “泰勒涡柱”的形态结构，因它是环面一端内外两处边沿封闭线，不是向自身内部而是分别向外部一个方向的定域对称扩散，变成类似“试管弦”管中还有一根套着的管子。此管子可以两端相通，但其直径也可以在普朗克尺度的数量级范围，而且也可以使它的整个长度与直径比类似一根纤维。1992年有科学家将编织概念引入圈量子引力。表示编织的这些态，在微观很小尺度上具有聚合物的类似结构。从“开弦”和“闭弦”引出的“杆线弦”及“试管弦”、“管线弦”及“套管弦”作纤维看，是能够编织成诸环构成一个3维网络，或者作成布一样的编织态的。所以无论是宇宙弦还是量子弦，它们无处不在，类似夸克海、海夸克、色荷云，成为21世纪的新以太论。