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[交流]
【交流】评宇宙学原理
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评宇宙学原理 爱因斯坦在提出广义相对论后，就企图用广义相对论的引力方程进行宇宙学研究。爱因斯坦遇到的第一个难题就是数学问题。广义相对论的引力方程的全部解，目前似乎还没有人能够得到。得到的都是在一定假设下的特解。爱因斯坦在引进了‘宇宙学原理假设’后，广义相对论的引力方程组从10个方程被简化成只剩下2个方程。这两个方程成了数学上容易求解的方程。这就是所谓宇宙学方程。虽然解这个所谓宇宙学方程得到只是广义相对论引力方程全部解中的一些特解，但它对用广义相对论引力方程研究宇宙学起了开创性作用。从这个意义上来说，宇宙学原理在宇宙学研究的历史上起过积极作用。 但毕竟宇宙学原理只是一个假设，爱因斯坦引进了宇宙学原理假设并没有任何天文观测作为依据。在爱因斯坦当时所处的年代对宇宙的理解，认为银河系就是整个宇宙。银河系之外还存在和我们银河系类似的星系这个事实，是在爱因斯坦引进宇宙学原理假设之后十多年后，哈勃定律提出以后才为天文学家所认识。因此宇宙学原理假设不符合客观实际没有什么好奇怪。在宇宙中，地球虽然不是位于宇宙的中心，但地球确实是在太阳系中一个特殊位置上绕太阳旋转。从生物学角度来看，如果地球不是处于这个特殊位置上，我们人类可能就不会在地球上存在和发展。从数学上来看，宇宙学原理纯粹是爱因斯坦为了解决数学难题而提出的一个假设，没有天文观测作为依据，实际上也不符合宇宙中客观存在的情况。宇宙中的物质分布实际上存在有层次成团结构，并不像宇宙学原理所假设的那样是均匀分布。因此在宇宙学研究中引进宇宙学原理假设是没有根据，也是不合理的。 为了在宇宙学研究中简化广义相对论的引力方程，我们完全可以引进其它更合理的假设。北京大学俞允强教授引进的‘球对称引力场’假设实际上就是这样一个更合理的假设。利用这个假设可以得到广义相对论引力方程的一套更合理的特解，而且这套特解包含有引进宇宙学原理所得到的特解，是更普遍的解。这些解能更好地描述宇宙中天体在引力作用下的运动。详细的数学推导和结果可以参看俞允强教授所著的‘广义相对论引论’一书。我在题目为‘广义相对论和标准宇宙学模型’的博客中，对这个问题也有简单的介绍。 宇宙学原理的一个重广义相对论的引力方程要推论是宇宙无中心，为了纪念哥白尼，这一推论也称之为哥白尼原理。即：宇宙中没的任何一点是特殊的，所有的位置都是平权的，地球不是宇宙的中心。从哲学上来看，它是一个正确的概念。我想大概正因为如此，宇宙学原理一直没有受到过学者们怀疑。 在宇宙学的动力学研究中，宇宙学原理假设实际上是否定了宇宙中实际存在的层次成团结构。由于宇宙学原理假设是现代标准宇宙学模型的基础，不合理的宇宙学原理假设导致了正确的广义相对论引力方程在现代宇宙学研究中得出了错误的宇宙膨胀结论。虽然现代宇宙学的观测和研究已经发现，所谓标准宇宙学模型存在许多问题，但由于爱因斯坦巨大的科学威望，导致了在现代宇宙学研究中几乎没有学者敢于对爱因斯坦引进宇宙学原理的合理性提出质疑和反对意见。许多学者宁愿提出一些虚构的理论和概念（如暴涨理论，暗物质和暗能量概念），用它们来修补标准宇宙学中已经发现的许多漏洞，也不愿意承认宇宙学原理假设是不合理的。这时宇宙学原理假设已经对宇宙学的研究发展只有消极作用。 在标准宇宙学模型中，应用宇宙学原理假设得出的两个错误推论起了重要作用。第一个错误就是通过各向同性假设把和有心力场的存在和它对天体的作用，从动力学方程中暗暗地去掉，这样就抹杀了天体系统中角动量的存在和它在天体运动和演化中的重要作用。第二个错误是通过所谓Seeliger佯谬来否定牛顿力学在宇宙学研究中的正确性和重要作用。 天体系统中角动量的存在和它在天体的运动和演化中的重要作用是客观事实。爱因斯坦后来在宇宙学方程中又引进宇宙学常数，实际上就是为了修补引进宇宙学原理所产生的漏洞而作的努力。宇宙学常数实际上是和天体系统的角动量守恒联系在一起的一个积分常数。在俞允强教授所得到的广义相对论引力方程的解中，就包含有类似的积分常数。 由于宇宙学原理假设表面上看似合理，因此当现代标准宇宙学模型导出的一些不合理的结论时，有些学者把这些不合理结论的出现归结为广义相对论的理论可能存在问题。我认为，实际存在问题的是宇宙学原理假设而不是广义相对论的理论，存在问题的是宇宙学原理假设。有些学者利用广义相对论理论的正确性和爱因斯坦的巨大科学威望，简单地把所有反对‘标准宇宙学模型’的人，统统扣上‘民科’帽子。把爱因斯坦所有理论和假设等同于‘人类科学史上业已公认并得到实践认可的科学理论’，不允许提出不同意见和看法。我认为这种做法不利于科学研究的正常发展，和科学院路甬祥院长所一直强调的‘科学研究要勇于创新’思想相矛盾。作为中国科学院的官方网站的科学网（sciencenet.cn），把爱因斯坦所有的理论和假设都认为是‘人类科学史上业已公认并得到实践认可的科学理论’，并作为“科学网的三条红线”中一条不许跨越的红线，不知这是否代表了中国科学院对路甬祥院长‘科学研究要勇于创新’思想的具体‘政策解读’，还是科学网（sciencenet.cn）在某些人的影响下有意和路甬祥院长唱对台戏？ |
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