徐政龍
本文通過對西里格（Seeliger）佯謬和奧爾伯斯（Olbers）佯謬的解釋，證明宇宙在空間上可以無邊無際，在時間上可以無始無終，牛頓宇宙不存在錯誤。愛因斯坦在無限宇宙模型基礎(chǔ)上建立起來的宇宙學(xué)引力場方程是錯誤的，不僅僅是宇宙學(xué)常數(shù)問題，而且是模型問題。哈勃紅移不是宇宙膨脹造成的，而是光子跟宇宙介質(zhì)散射造成的能量損失、頻率降低。宇宙背景輻射是紅移造成的，能量來源完全等于宇宙中恒星發(fā)出的光能。宇宙元素豐度不是宇宙大爆炸的結(jié)果，而是無限循環(huán)宇宙中，恒星、超新星合成的。因而，宇宙大爆炸理論是徹頭徹尾的錯誤理論，毫無理論根據(jù)。
大致說來宇宙大爆炸理論誕生于1930年代。大爆炸理論認(rèn)為，宇宙誕生于大約137億年前的一次大爆炸。大爆炸前，既沒有空間，也沒有時間，更沒有物質(zhì)和能量，沒有時空即沒有宇宙，就是一無所有。自從大爆炸后，時間和空間誕生了，物質(zhì)和能量誕生了，宇宙就開始膨脹并冷卻，產(chǎn)生了電子、質(zhì)子、中子，然后組成原子、分子，形成恒星、星系、星系團(tuán)、大星系團(tuán)、超星系團(tuán)，宇宙大尺度結(jié)構(gòu)。經(jīng)過了大約137億年，宇宙演化成了今天這個樣子。宇宙大爆炸理論是一個激動人心的理論，是20世紀(jì)科學(xué)發(fā)展的一個怪誕理論，理論十分精彩，吸引著無數(shù)科學(xué)家投身到這個理論中去研究，其中象愛因斯坦、勒梅特、伽莫夫、哈勃等等一大批物理學(xué)家、天文學(xué)家、天體物理學(xué)家，也不乏數(shù)學(xué)家、神學(xué)家、哲學(xué)家等等?，F(xiàn)在，宇宙大爆炸理論已經(jīng)形成了一個龐大的理論體系，涉及物理學(xué)、數(shù)學(xué)、哲學(xué)的各個學(xué)科分支，形成了現(xiàn)代宇宙學(xué)。由于體系的龐大和復(fù)雜，本文自然無法詳述。由于本網(wǎng)站文章不能發(fā)表數(shù)學(xué)公式和圖像，只能通過文字的定性描述。現(xiàn)只能談?wù)動钪娲蟊ɡ碚摰膸讉€理論依據(jù)和觀察證據(jù)，作為一種哲學(xué)論辯。
第一個佯謬是西里格（Seeliger）佯謬（1884年提出），內(nèi)容是，如果宇宙是無限的，那么由于無限大宇宙會產(chǎn)生無限大宇宙引力，地球等天體就會被這個無限大宇宙引力所撕碎，實(shí)際上沒有撕碎；或者說，如果宇宙無限大，那么，就存在無限大宇宙引力；或者說，在數(shù)學(xué)上，一方面導(dǎo)出泊松（Poisson）方程，一方面導(dǎo)出拉普拉斯（Laplace）方程，兩者矛盾。
第二個佯謬是奧爾伯斯（Olbers）佯謬（1826年提出），內(nèi)容是，如果宇宙是無限大，那么，宇宙中恒星發(fā)出的光照到地球表面上，照度是無窮大，地球會被烤成灰燼，但實(shí)際上，夜空一片黑暗。
兩個佯謬證明了宇宙不可能無限大，只能是有限的，從而宇宙是不穩(wěn)定的，要么收縮，要么膨脹。
1916年，愛因斯坦創(chuàng)立廣義相對論。1917年在宇宙有限模型的基礎(chǔ)上，建立了宇宙學(xué)引力場方程，并發(fā)表了第一個宇宙解，方程中有意加入一個不明真相的常數(shù)，后來稱為宇宙學(xué)常數(shù)，用于使宇宙處于穩(wěn)定的靜止?fàn)顟B(tài)。1922年至1927年,弗瑞德曼（Friedmann）和勒梅特（Lemetre）分別發(fā)現(xiàn)了兩個宇宙模型。模型指出，宇宙是不穩(wěn)定的。伽莫夫（George Gamow）勸說愛因斯坦接受不穩(wěn)定宇宙模型, 于是愛因斯坦向伽莫夫示意,引進(jìn)宇宙學(xué)常數(shù)是他一生中最大的錯誤。1923年在給數(shù)學(xué)家威爾（Hermann Weyl）的信中寫到：“如果沒有準(zhǔn)靜態(tài)宇宙，那就除掉宇宙項(xiàng)！”然而，除掉宇宙項(xiàng)，宇宙就會加速收縮或減速膨脹，不符合愛因斯坦最初認(rèn)為宇宙是穩(wěn)恒靜止的狀態(tài)。于是，又把常數(shù)項(xiàng)加進(jìn)去，使宇宙加速膨脹。
愛因斯坦的宇宙學(xué)引力場方程，簡稱宇宙學(xué)方程，加上一個事實(shí)，作為建立方程的前提，這個前提叫宇宙學(xué)原理，即宇宙物質(zhì)分布在宇觀尺度內(nèi)是均勻的和各向同性的，這樣，就構(gòu)成了宇宙大爆炸的理論基礎(chǔ)。即宇宙大爆炸理論是受到當(dāng)時最先進(jìn)的理論——廣義相對論支持的。
1912年，美國天文學(xué)家斯利弗（Vesto Slipher）觀察到了遙遠(yuǎn)的天體，發(fā)現(xiàn)了光譜紅移，根據(jù)當(dāng)時已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的多普勒現(xiàn)象，認(rèn)為，紅移是遙遠(yuǎn)天體遠(yuǎn)離觀察者而去的結(jié)果。1925年，天文學(xué)家哈勃（Edwin Hubble）發(fā)現(xiàn)了河外星系，而且發(fā)現(xiàn)，這些河外星系的光譜都有明顯的紅移，這就證明，遙遠(yuǎn)星系都在遠(yuǎn)離地球而去，說明整個宇宙在膨脹。這下，伽莫夫用事實(shí)說服了愛因斯坦，使他接受宇宙膨脹的理論。
哈勃還測量了星系遠(yuǎn)離速度和紅移的數(shù)量關(guān)系，發(fā)現(xiàn)在現(xiàn)有的數(shù)據(jù)范圍內(nèi)，紅移跟距離成正比。證明了星系越遠(yuǎn)，遠(yuǎn)離速度越大，得到了速度和距離成正比的哈勃定律V=H0r，比例系數(shù)叫做哈勃常量。哈勃紅移和哈勃定律被宇宙學(xué)家認(rèn)為是宇宙大爆炸的觀察證據(jù)。
哈勃及其學(xué)生用當(dāng)時的數(shù)據(jù)，測定了哈勃常數(shù)。并把哈勃常數(shù)的倒數(shù)當(dāng)作宇宙年齡。發(fā)現(xiàn)，宇宙年齡比地球還小，鬧出了不少笑話。宇宙大爆炸理論被當(dāng)作笑料，被戲稱為Big Bang。不過，許多人認(rèn)為，哈勃測定的常數(shù)不夠準(zhǔn)確，后來的測量得到的數(shù)據(jù)越來越小，從而使得宇宙年齡不斷延長，超過地球年齡、太陽年齡、星系年齡，星系團(tuán)年齡，避免了年齡沖突。經(jīng)過反復(fù)系統(tǒng)的測量，到目前為止，宇宙年齡被認(rèn)為是137億年左右。
1948年，伽莫夫和他的同事阿爾法（R.A.Alpher）以及赫爾曼（R.Herman）構(gòu)想了一幅宇宙大爆炸時期的圖景，認(rèn)為宇宙經(jīng)過大爆炸然后膨脹冷卻，今天應(yīng)該留下余暉，即應(yīng)該存在一定的背景溫度，大約是5K。這種構(gòu)想和預(yù)言當(dāng)然沒有引起人們的重視。當(dāng)時人們感興趣的問題是宇宙演化到退偶階段原子核如何合成元素的問題。
1950年代，宇宙學(xué)的核合成轉(zhuǎn)移到了恒星內(nèi)部。1957年，著名的B2FH論文發(fā)表，這一理論完分地解釋了恒星內(nèi)部由氫核合成氦核并逐步合成更重元素的過程。B2FH理論的成功使人們忘記了伽莫夫等人關(guān)于輻射背景的預(yù)言，但是氦豐度又使人們想起了輻射背景。原來，按照B2FH理論計(jì)算出來的的宇宙中氦豐度只有3%~5%，而實(shí)際測量出來的結(jié)果卻達(dá)到1/4之多，多余的氦豐度只有通過早期大爆炸之后的宇宙合成過程來實(shí)現(xiàn)。
從1964年起，前蘇聯(lián)著名天體物理學(xué)家澤爾多維奇（Zel'dovich）以及皮勃斯（Peebles）、霍伊爾（Fred Hoyle?）、泰勒等人又對宇宙核合成進(jìn)行了深入的計(jì)算，澄清了伽莫夫等人理論中的一些問題，認(rèn)為可能存在著殘余的宇宙背景輻射。
美國貝爾實(shí)驗(yàn)室的兩位工程師彭齊亞斯（Penzias）和威爾遜（Wilson）正從事衛(wèi)星微波通訊工作，為了降低天線收到的噪音，進(jìn)行了一系列的測量。天線地面噪音為300K，當(dāng)對準(zhǔn)天空時其噪音水平應(yīng)該達(dá)到0.3K，可以忽略不計(jì)。但是，當(dāng)他們對準(zhǔn)銀河系測量時，卻驚人地發(fā)現(xiàn)存在6.7K的剩余輻射，且與方向無關(guān)。經(jīng)過一年的反復(fù)測量，扣除大氣吸收以及天線自身的影響，他們確認(rèn)，仍然存在著3.5K的來自宇宙所有方向的輻射。他們倆對此不理解。
而普林斯頓大學(xué)的皮勃斯和迪克（Dick）正在尋找大爆炸的余暉，碰巧兩位工程師找到了卻不理解。于是彭齊亞斯和威爾遜于1965年在《天體物理雜志》上發(fā)表了一篇非常謹(jǐn)慎的短文“在4080MHz頻率上對天線過熱的一次測量”，獲得了1978年度的諾貝爾物理學(xué)獎金。
宇宙微波背景輻射和宇宙元素豐度被大爆炸理論家認(rèn)為是大爆炸的鐵證如山的證據(jù)，從此大爆炸理論這個玩笑變成了科學(xué)理論。以后，諸如超新星大爆炸中的紅移也成為大爆炸理論的證據(jù)。再以后，宇宙學(xué)的觀察數(shù)據(jù)都成了大爆炸宇宙學(xué)的證據(jù)。
經(jīng)過長期研究，查閱歷史上的資料，本作者的親自證明，首先發(fā)現(xiàn)，只要根據(jù)牛頓的萬有引力定律和數(shù)學(xué)上的高斯公式，如果宇宙無限大，那么，宇宙中物質(zhì)的萬有引力正好平衡，或說相互抵消，即不存在宇宙萬有引力，西里格（Seeliger）佯謬不存在。佯謬是歷史上的一個低級的數(shù)學(xué)錯誤。反之，如果宇宙有限大，就會出現(xiàn)宇宙萬有引力，這正好違反了“宇宙在宇觀上是均勻各向同性”的宇宙學(xué)原理。因此，在牛頓力學(xué)范圍內(nèi)，只能證明宇宙是無限的，有限宇宙是不可能的。
為解決奧爾伯斯（Olbers）佯謬，本作者首先解決了光子的宇宙學(xué)紅移的原理，發(fā)現(xiàn)，光子在宇宙空間里傳播時，其頻率（或能量）作負(fù)指數(shù)規(guī)律衰減，類似于衰變規(guī)律，而不是奧爾伯斯（Olbers）等科學(xué)家所處時代所理解的光子頻率永遠(yuǎn)不變。按光子頻率的衰減率，對無限宇宙的恒星光能在地球上的照度求積分，獲得一個有限值。奧爾伯斯（Olbers）佯謬產(chǎn)生于紅移發(fā)現(xiàn)之前，不知道光子頻率會衰減，從而得出了與事實(shí)不符合的計(jì)算結(jié)果。
兩個佯謬的消除，充分證明了宇宙可以是無限的，而且只能是無限的，不能是有限的。而無限宇宙不存在膨脹的可能性，從而宇宙不可能誕生于大爆炸。
通過引進(jìn)經(jīng)典宇宙學(xué)引力場方程，跟愛因斯坦廣義相對論宇宙學(xué)引力場方程進(jìn)行一一比較，作者發(fā)現(xiàn)，愛因斯坦的廣義相對論宇宙方程，不僅僅是要不要宇宙學(xué)常數(shù)項(xiàng)、常數(shù)取多大，常數(shù)的物理學(xué)意義是什么等問題，而是整個引力場方程是錯誤的。
錯誤的來源在于，愛因斯坦也認(rèn)為，Seeliger佯謬存在，即按照牛頓的萬有引力，宇宙只能是有限的，不可能是無限的，于是，愛因斯坦把宇宙學(xué)方程建立在有限宇宙模型的基礎(chǔ)上，結(jié)果鬧得連自己也不明白，宇宙學(xué)常數(shù)究竟要還是不要。
目前，宇宙學(xué)家普遍認(rèn)為，宇宙學(xué)常數(shù)代表真空能，是宇宙的排斥力。只能是一種想象。
愛因斯坦建立宇宙學(xué)方程后，由于廣義相對論在數(shù)學(xué)上的高度復(fù)雜性，幾十年來，物理學(xué)家和數(shù)學(xué)家一直沒有看出愛因斯坦的錯誤。由于引進(jìn)了宇宙尺度因子這個物理量，使有限宇宙的“宇宙中心、宇宙半徑”、宇宙引力這些物理量得到高度掩蓋、隱藏，從而竟然認(rèn)為，只有宇宙有限，才符合宇宙學(xué)原理——而實(shí)際是相反，只有無限均勻宇宙，才符合宇宙學(xué)原理。
哈勃紅移被認(rèn)為是宇宙大爆炸理論中最有力的事實(shí)證據(jù)，最初曾經(jīng)用多普勒效應(yīng)解釋，在愛因斯坦建立廣義相對論宇宙學(xué)方程后，發(fā)現(xiàn)尺度因子膨脹，從而解釋為宇宙膨脹把光子波長拉長了。通過查閱最初哈勃觀察的數(shù)據(jù)，了解到，光子的紅移相對量跟光子通過的距離成正比。這就一下子暴露了哈勃表達(dá)式的錯誤——不夠精確。按照哈勃的數(shù)據(jù)，并且假定，當(dāng)時哈勃觀察到的星系實(shí)際上是最接近銀河系的幾個星系，因而，哈勃的觀察距離實(shí)際上是一個有限小量。通過公式推導(dǎo)得出，實(shí)際上，光子是按距離的負(fù)指數(shù)規(guī)律衰減，既找到了紅移的精確數(shù)學(xué)公式，又找到了紅移起源的本質(zhì)。哈勃紅移的負(fù)指數(shù)規(guī)律，正是解開上述奧爾伯斯佯謬的鑰匙。
原來，光子在傳播的路途上，跟宇宙中稀薄的氫原子不斷碰撞，每一次碰撞都損失極其微小的能量，而光子通過長途傳播，能量損失的積累造成了明顯的紅移。
歷史上也有這種解釋，有康普頓效應(yīng)說、光子老化說、疲勞光說——其實(shí)都是康普頓效應(yīng)。但是，反對者反駁，如果光子紅移是康普頓效應(yīng)引起的，那么①根據(jù)康普頓效應(yīng)，光子就不會直線傳播；②宇宙中物質(zhì)密度達(dá)不到要求；③如果光子被散射，宇宙就變得一片明亮。
本作者研究得到，如果光子跟電子、質(zhì)子等帶單性電荷的粒子碰撞，光子的確不能直線傳播。如果光子跟原子等內(nèi)部存在兩性電荷而外部卻呈電中性的原子碰撞，光子恰恰是直線傳播，而能量損失又完全遵守康普頓效應(yīng)。宇宙不會變得一片明亮，因?yàn)楣庾幼兂闪宋⒉ǎ@是不可見的電磁波。
于是，作者大膽宣布：哈勃紅移是光子在傳播途徑上跟中性原子發(fā)生的康普頓效應(yīng)引起的——暫定為“原子康普頓效應(yīng)”。
那么，當(dāng)初，康普頓、吳有訓(xùn)等為何沒有發(fā)現(xiàn)原子康普頓效應(yīng)呢？原來，他們使用的光子頻率太高，是X射線，其光子體積比原子體積小得多，能夠穿入原子內(nèi)部，但一旦碰上電子或原子核，穿不過電子和原子核，就是康普頓散射。如果光子頻率降低，波長延長，使光子體積大于原子體積，那么，光子就穿不過原子，表現(xiàn)為原子康普頓效應(yīng)。原子康普頓效應(yīng)發(fā)生的條件大致是光子頻率等于紫外光頻率和低于紫外光頻率。哈勃觀察的光是可見光，現(xiàn)在，探測儀器在紫外光以下觀察到了哈勃紅移，但X光以上頻率，觀察不到哈勃紅移，因?yàn)槿绻l(fā)生，光子就轉(zhuǎn)彎了。
用原子康普頓效應(yīng)作解釋，解開了哈勃常量，得到了精確表達(dá)式，非常符合實(shí)際，宇宙物質(zhì)密度很低，但數(shù)值計(jì)算恰恰很符合。
于是，哈勃紅移作為宇宙膨脹的觀察證據(jù)被徹底推翻。
宇宙大爆炸理論的發(fā)展似乎總是左右逢源，兩位電氣工程師發(fā)現(xiàn)的宇宙微波背景輻射竟然正是大爆炸理論家正在尋找的證據(jù)。
然而，本作者提出兩個問題：
①按大爆炸理論的觀點(diǎn)，讀者的書房也是大爆炸的產(chǎn)物，你不信？讓我推論給你看。
讀者的書房是以前一次大爆炸產(chǎn)生的，大爆炸是高溫高壓的，然后不斷冷卻，到讀者進(jìn)駐的時候，只有大約幾十?dāng)z氏度（室溫）了。
②宇宙中存在大量的恒星，它們不斷發(fā)出大量的光能，到哪里去了？
大爆炸理論家自有回答的道理：第一，光子波長被宇宙膨脹拉長，能量減小了；第二，宇宙大小是有限的。
對于問題①讀者顯然不信。懂物理的人很快猜測到，這個余溫不能證明書房是大爆炸的產(chǎn)物，任何物體都有黑體輻射，因此，發(fā)現(xiàn)宇宙里存在黑體輻射，不能證明宇宙誕生于大爆炸。對于問題②，光子波長被宇宙膨脹拉長了，只能削弱恒星光能的強(qiáng)度，但不足以使夜空變得如此黑暗，光子總能量不應(yīng)該減少。用宇宙有限來解釋，難道光子逃逸到宇宙外面去了嗎？——顯然，宇宙不存在外面。
其實(shí)，作者經(jīng)過精心計(jì)算發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前宇宙中的微波背景輻射的能量正是整個宇宙中的恒星發(fā)出的能量，經(jīng)過宇宙中中性原子、等離子體的康普頓散射產(chǎn)生的紅移得到的。宇宙微波背景輻射的溫度正是紅移后恒星的光能對應(yīng)的溫度，根據(jù)作者所能得到的數(shù)值計(jì)算，跟當(dāng)前最權(quán)威人士的數(shù)字測量值，誤差只有2%。其中忽略了星系暈的散射作用，恒星、行星的吸收作用等等因素。
因此，宇宙微波背景輻射跟恒星光能、哈勃紅移、奧爾伯斯佯謬是同一個問題的不同表現(xiàn)，可以作統(tǒng)一解釋。宇宙微波背景輻射不能作為宇宙大爆炸余暉的證據(jù)，而是恒星發(fā)出的光能被散射紅移到微波的結(jié)果。
根據(jù)宇宙大爆炸理論的圖景，元素豐度的現(xiàn)在這個值，是宇宙大爆炸后，溫度下降到一定值時形成的。
宇宙學(xué)中,元素豐度是個難題，毫無疑義,元素合成于大爆炸過程。這是宇宙大爆炸理論受到粒子物理家歡迎的原因。宇宙大爆炸理論認(rèn)為，元素豐度是宇宙大爆炸一瞬間決定的。
其實(shí)，用宇宙年齡無限大、靜態(tài)宇宙更容易解釋宇宙元素豐度問題。
恒星不斷地把氫元素合成氦元素,氦元素合成較重元素。一顆恒星在一生中把自身質(zhì)量的3/10000量級的氫聚變成氦，以及3/100000量級的氫通過聚變成氦再由氦聚變成碳和其它重元素。若每代恒星和星系的壽命為100億年。每代約有3/10000氫聚變?yōu)楹ぃ?/span>3/100000聚變成比氦重的元素，經(jīng)過大約1000代的恒星和星系演化，就能達(dá)到目前觀察到的元素豐度值，氫為71%,氦為27%，其他元素為2%。
如果這樣發(fā)展下去，對于時間無限長的宇宙，重元素不斷增加，氫不斷耗盡，結(jié)果，氫元素比例要小得多，重元素比例要大得多，不符合事實(shí)。
而事實(shí)上，超新星、中子星、黑洞能夠把恒星全部吞并，使元素消失，變成中子，然后中子從中子星或黑洞兩極逸出，中子衰變?yōu)橘|(zhì)子和電子，重新組成氫元素。恒星合成元素的作用跟超新星、中子星和黑洞逆向合成元素之間存在一個動態(tài)平衡關(guān)系，由此循環(huán)往復(fù)，宇宙年齡無限長，往復(fù)也無限，就達(dá)到了現(xiàn)在的元素豐度值。由于超新星、中子星和黑洞的存在，使元素的演化存在著相反的過程,從而改變了元素形成的單向演化模式，使宇宙元素豐度達(dá)到一個平衡值。使元素合成解釋成為現(xiàn)實(shí)解釋而不是假設(shè)，更加合理地解釋了宇宙元素豐度問題。
可見，元素豐度固然是大爆炸的產(chǎn)物，但不是宇宙大爆炸的產(chǎn)物，而是宇宙中超新星大爆炸的產(chǎn)物。恒星、超新星、中子星、黑洞一起決定著宇宙元素豐度。
通過對宇宙大爆炸理論中，西里格佯謬、奧爾伯斯佯謬的解釋，證明宇宙不可能有限大只能無限大，無限大宇宙不可能膨脹更不可能誕生于大爆炸。通過對愛因斯坦宇宙學(xué)引力場方程的精確分析，發(fā)現(xiàn)其錯誤在于建立在有限宇宙模型的基礎(chǔ)上，有限宇宙模型違反了宇宙學(xué)原理，錯誤的方程使宇宙學(xué)常數(shù)得不到合理解釋，因此，愛因斯坦宇宙學(xué)引力場方程不成立，當(dāng)然使宇宙大爆炸理論失去廣義相對論的支持。對哈勃紅移現(xiàn)象秘密的精確解開，證明哈勃紅移不能作為宇宙膨脹的觀察證據(jù)。宇宙微波背景輻射更是宇宙恒星發(fā)出的光子經(jīng)過康普頓散射后紅移到了微波的結(jié)果。宇宙元素豐度是無限宇宙中恒星、超新星、中子星、黑洞共同合成的結(jié)果。總之，宇宙大爆炸理論中的理論根據(jù)和事實(shí)證據(jù)，沒有一條能夠成立。宇宙大爆炸理論是一大堆錯誤構(gòu)成的，只能作為科學(xué)歷史上的一大堆笑料。正如牛頓所指出的，宇宙在空間上無邊無際，在時間上無始無終。宇宙中不斷在大爆炸、不斷演化，但是宇宙本身是永恒不變的。
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