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[交流]
【交流】广义相对论和宇宙学原理（5）---逻辑矛盾（2）
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广义相对论和宇宙学原理（5）---逻辑矛盾（2） 在宇宙学研究中应用宇宙学原理假设也存在逻辑矛盾。根据对Seeliger佯谬的讨论我们可以看到，如果宇宙学原理假设成立，宇宙中物质是均匀分布，则在宇宙中任意一个空间点都不应当存在引力场。我们还可以换个角度来讨论这个问题：如果宇宙中引力场不为0，则根据宇宙学原理，引力场至少应当是均匀的。因为引力场是一个矢量场，如果宇宙中存在有均匀的引力场，则宇宙就不可能是各向同性。因为引力场的矢量方向就是一个特殊的方向。因此如果宇宙学原理成立，宇宙中任意一个空间点都不应当存在有强度不为0的引力场。 在没有引力场存在的宇宙空间中，均匀分布物质的运动和演化应当如同理想气体。因此有学者提出，可以把星系看成是这个宇宙理想气体中的分子，以此来说明宇宙学原理的正确性。均匀分布的理想气体的运动和演化主要因素应当是理想气体的温度和压力。然而即使在标准宇宙学模型中，宇宙学家也认为，在宇宙演化的现阶段，宇宙中物质主要是以非辐射的状态存在，宇宙学方程中压力项应当为0。 实际上宇宙中的星系是在星系团的引力场中运动，不像理想气体中的分子运动是随机的，分子运动的变化是由分子之间的随机碰撞引起的，和引力场无关。而宇宙中物质不均匀分布的成团结构是和宇宙空间中的引力场分布联系在一起。和理想气体中物质密度起伏分布的成因完全不是一回事。因此通过把星系看成是理想气体中的分子来说明宇宙学原理的正确性是没有意义，也是不合理的。 要用广义相对论引力理论研究讨论宇宙中不均匀分布物质的运动和演化，就必须抛弃不合理的‘宇宙中物质是均匀分布’的宇宙学原理假设。代之以‘球对称引力场’的假设。因为宇宙中物质的分布存在有不同层次的成团结构，在这些成团结构中物质的分布基本上是球对称的，因此，由这样球对称分布的物质产生的引力场也应当是球对称的。由此可见俞允强教授‘球对称引力场’的假设要比宇宙学原理的均匀分布假设更符合宇宙物质分布的客观实际。要用广义相对论引力理论来研究宇宙中物质的运动和演化，必须采用俞允强教授的‘球对称引力场’假设来代替爱因斯坦不合理的宇宙学原理假设。只有这样才能对宇宙中物质的运动和演化得到符合客观实际的合理结果。 在实际宇宙中，‘球对称引力场’假设只适用于一个有限的区域。对宇宙中不同尺度层次的成团结构，存在有不同尺度的‘球对称引力场’。这种情况并不能说明‘球对称引力场’假设不适合宇宙学研究。正好相反，它符合广义相对论引力理论只能用于局部有限区域的要求。俞允强教授的具体计算结果表明，在一般情况下，用牛顿力学进行计算可以得到精度极高和广义相对论一致的结果。由此可见，广义相对论引力理论并没有否定牛顿引力理论的正确性。牛顿力学是广义相对论精度极高的近似，这一点理论物理学家李淼先生也承认。但是在宇宙学原理假设下，无法直接从广义相对论引力方程得到这个结论。只有在‘球对称引力场’假设下，才能从广义相对论引力方程得到这个结论。 要解决宇宙学研究中应用广义相对论和宇宙学原理假设的二个逻辑矛盾，必须抛弃宇宙学原理假设，承认宇宙物质分布的层次结构，在各个层次宇宙结构中，引进不同层次的球对称引力场假设。这相当于建立不同层次和精度的近似惯性参考系。在这些不同层次的有限区域内，既可以用广义相对论引力理论，也可以用牛顿引力理论来讨论天体的运动和演化。用牛顿引力理论来讨论，数学计算要简单得多。只有在个别极端情况下，如天体所处的空间点引力场极强，这时才有必要对牛顿力学计算结果进行相对论改正。这样做的结果，虽然牛顿力学理论上没有办法建立起绝对惯性参考系，但在实际应用中是可以建立起不同尺度和精度的近似惯性参考系。广义相对论虽然否认了牛顿惯性参考系的特殊地位，认为惯性力和引力不可区分，但实际上这样做并没有解决惯性系疑难问题。所谓‘死亡电梯’也只能是一个近似惯性系。对实际存在不同层次成团结构的宇宙，广义相对论引力理论也必须对不同尺度的有限区域，采用不同尺度和精度的近似惯性参考系来逼近绝对惯性参考系。 所谓‘大宇宙’‘小宇宙’概念，实际上可以和宇宙的层次结构统一起来。超新星爆炸可以看成是‘小宇宙’的‘大爆炸’。新的恒星不断从星际物质中产生，可以看成是‘小宇宙’的‘创生’。这些‘创生’和‘大爆炸’过程目前还在不断发生，天文观测也已经被观测到这些‘创生’和‘大爆炸’过程。只是我们目前似乎还没有观测到‘星系’级的‘大爆炸’和‘创生’过程。从这个‘局部区域’来看‘宇宙大爆炸’理论，其中对一些问题的讨论还是合理可用的。这也符合广义相对论只能用到一个‘有限局部区域’的限制。也不存在宇宙诞生之前是什么？宇宙边界之外是什么这类问题。 |
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