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切莫盲目崇拜宇宙学方程

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日地月 发表于 2015-7-14 11:39:54 | 显示全部楼层 |阅读模式
论文
学科分类: 自然科学 » 天文学
摘要: 本文是对国家天文台退休研究员郑怡嘉先生相关文章的改编。由此揭示宇宙学方程与生俱来的内在缺陷及与此相反方向的新进展。
作者: 王万欣
发布时间: 2015-07-14
原创/转载: 转载
本帖最后由 日地月 于 2015-7-14 18:29 编辑

        众所周知,宇宙学原理是标准宇宙学模型的基础。如不引进宇宙学原理,爱因斯坦就无法得到宇宙学方程。学者们通常把宇宙学原理表述为:物质在宇宙空间中均匀分布且各向同性。现代天文观测表明,在目前可以观测到的范围内,宇宙中物质的分布并不是均匀和各向同性,而是有层次的成团结构。已知的最大尺度层次成团结构单元是超星系团。这个客观事实显然与宇宙学原理的假设相冲突。

        爱因斯坦之所以引进宇宙学原理,是因为他把广义相对论引力方程应用到宇宙学研究中去时,无法直接对广义相对论引力方程求解。爱因斯坦迫于无奈引进宇宙学原理的这个主观假设,并不是他根据对宇宙物质分布大尺度统计平均结果的合理抽象。引进宇宙学原理的目的是把广义相对论引力方程中和旋转有关的运动分量完全从方程中排除掉,仅仅保留和径向运动有关的分量,从而可以大大地简化广义相对论引力方程,即所谓宇宙学方程。

        毋庸置疑,在宇宙各个尺度层次的成团结构中,和旋转有关的运动分量对广义相对论引力方程的求解有重要意义。宇宙学原理的引进,实际上把广义相对论引力方程中许多合理的解给删除了。

        北大俞允强教授在他的《广义相对论引论》一书中,抛弃了宇宙学原理,引进了球对称引力场假设从而保留了和旋转有关的运动分量。这是一个比宇宙学原理更合理的假设。在此假设下,俞允强教授对广义相对论引力方程进行求解,得到的结果是一套比宇宙学方程的宇宙膨胀解更普遍和合理的宇宙学解。这套解既包括有膨胀解(散射态),也有收缩解(吸收态),还有稳态解(束缚态)。这些解能更完整地描述宇宙天体多样性的运动状态。

        爱因斯坦在引进了宇宙学原理后,合理的稳态解被他自己从宇宙学方程中排除了。为了得到稳态解(束缚态),爱因斯坦不得不人为地引进宇宙学常数,以得到可以包含稳态解的宇宙学方程。弗里德曼把爱因斯坦宇宙学方程中的宇宙学常数去掉后得到的宇宙膨胀解,现在成了标准宇宙学模型的基础。实际上宇宙中各个尺度层次成团结构的稳定存在这个事实,是弗里德曼宇宙学方程的解所无法解释的。而俞允强教授得到的稳态解,可以满足爱因斯坦原来引进宇宙学常数希望得到的静态宇宙解。而且宇宙学常数在这种情况下是一个和有限系统的总能量以及角动量相联系的物理量。不需要宇宙学家为了解释宇宙学常数,凭空虚构出暗能量、真空能等自己也无法解释清楚的物理量。

        为了否定球对称引力场假设比宇宙学原理假设更合理,有些学者认为宇宙学方程描述的是"整个宇宙空间"的运动状态,并不是描述星系的运动状态。显而易见,这不过是“均匀和各向同性应当从大尺度的统计平均来理解”这个托词的不同说法。再者,"整个宇宙空间"是个含糊不清的概念,而且所谓宇宙空间膨胀也是用观测到的星系的运动状态来描述,哈勃定律就是这样被宇宙学家认为是宇宙空间膨胀理论的天文观测证据。空间中如果没有天体存在是无法描述它是否在膨胀。当年哈勃得出哈勃定律时,所用的星系也只是在我们银河系附近一个星系团尺度范围内的24个星系。

        另须指明,由于在建立广义相对论引力方程的过程中应用了等效原理,广义相对论引力方程的适用范围也只能是局域的。把由广义相对论引力方程简化而得的宇宙学方程应用到”整个宇宙空间",显然给人以偏概全之疑虑。



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