文档介绍：宇宙空间真的在膨胀吗？
解中宁 大爆炸宇宙学的基本核心,就是宇宙在膨胀并且是在加速膨胀。为了能更好地探讨这个问题,我们有必要回顾一下大爆炸宇宙学理论的诞生。
天文工作者首先发现银河系以外的星系离我们愈远,其红移值愈大。根 但是,人们要问的是,这些自旋为零的标量场是从哪里来的?事实上,即使量子理论,其基本粒子的标准模型中也没有大爆炸理论所需要的标量场,即由自旋为零的介子所构成的场。该理论的标准看法是,在暴胀前的大统一时期,存在着大统一的原始力。而按照大爆炸理论,那些构成自旋为零的介子的夸克,也只是在所谓的暴胀中才被生成的。当然在暴胀之前,由这类自旋为零的介子构成的所谓标量场也不可能存在。不过也有人说,暴胀前还存在着自旋为零的希格斯粒子(或希格斯场)。很多人认为,现有已知的60余种基本粒子中,有质量的粒子其质量都是从希格斯场中获得的。但遗憾的是:①认为希格斯粒子必定存在的希格斯本人,却并没有赋予希格斯场推动宇宙空间急剧暴胀的特殊功能;②标量场即使存在,但它又是如何以“猛烈的向外推动”来推动空间以极其巨大的超光速暴胀的。显然,在大爆炸理论中对于空间如何暴胀(包括后来所谓的热大爆炸)的机制,从来没有做出过任何解释或是猜测。
再说暗能量。对于大爆炸理论来说,这无疑是一种极为重要的促使宇宙空间继续膨胀的斥力源。但是,大爆炸理论对在宇宙大爆炸中物质如何产生进行了十分详尽的描述,但时至今日,却没有对暗能量(包括暗物质)是如何生成的做过任何说明或是猜测。也就是说,在他们创生的宇宙中,原本就没有暗能量和暗物质的地位,只是后来因为该理论的需要才提出这个所谓的暗能量(及暗物质)问题。 大爆炸理论认为,在热大爆炸的初期,暗能量的斥力远不如物质引力强,所以这时的宇宙空间只能依靠暴胀的余威在做减速膨胀。只是在宇宙空间的尺度大到足够程度时(宇宙半径三四十亿光年),宇宙空间会因为暗能量斥力逐渐超过物质引力开始由减速膨胀转为加速膨胀。这里就出现了一个奇怪的问题:暗能量在宇宙诞生之初其能量密度显然就低于物质的引力能密度。因此,随着空间的膨胀,二者的能量密度理应随之同时降低,仍然保持引力能密度大于暗能量密度的状态。但是,为了实现宇宙空间的加速膨胀,大爆炸理论却告诉我们在引力能密度下降的同时,暗能量密度却始终精确地保持为一个常值。
事实真的是这样吗?首先让我们听听大爆炸理论是如何解释这个问题的吧!解释一,他们认为新膨胀出来的空间本身就包含着能量,即所谓的真空能(零点能)或暗能量,而且膨胀出来的单位空间中所含的暗能量又与原单位空间含有的暗能量精确相等。因为只有满足这个条件,才可能保证暗能量的能量密度不随宇宙空间膨胀稀释而始终保持一个恒定值。但这种解释又意味着什么呢?其一,能量可以无中生有,或者说能量守恒定律在这里已经完全失效;其二,新膨胀出来的空间中还必须只创生出暗能量,而不能同时创生出物质。因为物质如果与暗能量同步等量创生,则暗能量斥力就永远无法战胜物质引力了。解释二,有一段奇文很能代表大爆炸理论中的另一种观点:“真空能量的张力很强,因此它会紧抓着空间,不让宇宙扩张。换句话说,和辐射相反,宇宙扩张会将能量传给真空能量,让它的张力越来越强。虽然真空能量会因宇宙扩张被稀释,但其张力却增强。这两种效应抵消之下,产生了一个特异的结果:常数的能量密度维持定值,不受宇宙扩张影响!”(《比光速还快》。)
现在,我们就试着对这段奇文做一点分析。第一,文章开宗明义地指出,真空能量的张力很强,会“不让宇宙扩张”,接着又明确告诉我们“宇宙扩张会将能量传给真空能量,让它的张力越来越强”。这就是说原来驱动宇宙空间膨胀的真空能量,在这里反倒成了不让空间膨胀的阻力。第二,阻止空间膨胀的张力增强了,而暗能量的能量密度又稀释了,宇宙空间将如何完成由减速膨胀到加速膨胀的转换呢?原文认为,张力增强和暗能量稀释这两种效应竟然会相互抵消,保持能量密度维持定值不变。但是,与宇宙半径的立方成反比关系的能量密度是一个标量,而张力则是与宇宙半径成正比的一个矢量。更何况,暗能量密度稀释和张力增强都会阻止空间膨胀,二者又怎么可能相互抵消并保持暗能量的能量密度不变呢?第三,该理论认为宇宙扩张会将能量传给真空能量,这更是一种毫无根据的说法。根据能量守恒定律,真空能量只能在驱动宇宙空间膨胀的过程中不断被消耗。但原文说宇宙空间会反过来将能量又传给真空能量,这恐怕就如同说火箭推进剂燃烧推动火箭运动,而火箭运动又会将能量传给燃烧着的推进剂一样不可思议。在大爆炸理论中,宇宙的膨胀竟然变成了现代版的永动机系统!
其三,宇宙空间是如何膨胀的?
再退一步讲,我们姑且承认上述空间膨胀驱动源真的存在。那么,驱动源又是如何驱动空间膨胀甚至暴胀的呢?对此问题可能有两种答案:①如科学