物理科学探疑-网友天空-物质原理-真空→黑洞→星系--重建辩证唯物主义的宇宙论

真空→黑洞→星系

                                               ——重建辩证唯物主义的宇宙论

秦军山

关键词:真空 量子漩涡 巨黑洞 类星体

内容提要：本文坚持辩证唯物主义的宇宙观，针对现有的宇宙论的缺陷重新阐述了时空的无限性和物质的统一性；本文提出了对星系谱线红移的另一种理解，导出了一个减速膨胀着的宇宙模型，认为宇宙的演化经历了一个由“真空→黑洞→类星体→星系”的漫长的过程，物质宇宙的出现只是整个宇宙演化过程中的短短一瞬，宇宙的诞生及演化也只是真空属性的不同表现形式而已；本文提出了一个“量子→电子→质子”的物质创生过程，认为所有的物质（包括各种作用力、场、基本粒子）都是量子运动的不同表现形式。

一、对星系谱线位移的不同理解

    二十年代末，哈勃先生在总结遥远星系的观测资料时，发现所有星系的谱线都发生了位移，并且其位移量的大小与我们之间的距离成正比,据此，哈勃先生提出：我们的宇宙是一个正在膨胀着的宇宙，并且，距离我们越远的星系，逃离我们的速度越快。既然，我们的宇宙正在膨胀，那么，它在很久以前就必定是聚集在一个“点”上的，由此，大爆炸宇宙论诞生了。

    大爆炸宇宙论由于在宇宙膨胀，元素丰度，背景辐射等观测事实方面的成功，而被尊称为标准宇宙论。然而，这个宇宙理论随着人们对宇宙认识的不断深入，已越来越不适应于现代宇宙学、物理学的发展，缺陷和矛盾也显得日益突出。

    种种的困惑，种种的矛盾，大爆炸论究竟出了什么问题呢？我们不妨回头看一看，那个使大爆炸宇宙论得以建立的哈勃定律。

    当年，哈勃先生发现星系谱线的位移量与我们之间的距离成正比后，即作出了一个纯粹是空间意义的结论：距离我们越远的星系，退行的速度就越快。这个结论实际上只是一个直觉的判断，如果使这个判断成为一个定律的话，则必须满足两个先决条件：（1）、我们的银河系正好处于宇宙的中心；（2）、星系的速度必须始终保持恒定。但是这两个先决条件都是没有理由成立的。

    在宇宙观测中，由于光速的限制，任何观测都具有空间和时间的双重意义，距离的大小就依谓着时间的长短。所以我们对观察事实，应该进行时间和空间两个方面的理解，比如说，我们观察到一颗距离我们120亿光年、红移量为4.43的类星体，从空间的角度来看，我们可以这样说：这颗距离我们120亿光年的类星体，正在以0.9C(光速)的速度远离我们而去；这是一种空间性的理解，而从时间的角度来理解的话，我们则只能说:这颗类星体在120亿年前、曾以0.9C的速度离开我们，而现在它以什么速度离开我们，我们则不知道，因为我们看不到它现在所处的位置，更观测不到它现在离开我们的速度。

    同理，如果我们从时间的角度来理解星系谱线的位移规律，则哈勃定律应表述为：越古老的星系膨胀的速度就越快；同理哈勃常数的含义也可以这样描述：以观察者的时间坐标为原点，时间每向过去追逆30万年，星系的膨胀速度就加快50公里/秒（假定H值为50），换个说法就成了：每过30万年，宇宙的膨胀速度就降低50公里/秒。这样我们则得出一个均匀地作着减速膨胀运动的宇宙模型,这个宇宙模型并不需要宇宙有一个中心点。

    实际上，对星系谱线位移规律作出时间性的定义，是更接近于事实的，这样的理解可使我们更客观地看待观测事实，从而放弃那种“眼见为实”的错误直觉。由此，我们对目前宇宙的认识将发生一个根本性地转变，即我们的宇宙并非在空间轴上，每深入百万秒差距，膨胀速度就加快50公里/秒，而是在时间轴上每隔30万年，宇宙的膨胀速度就降低50公里/秒。

    基于这样的认识，我们应该重新考虑宇宙的膨胀问题，因为宇宙在作着减速膨胀运动，毫无疑问早期宇宙是膨胀着的，那现在的宇宙还在膨胀吗？我们还能以120亿年前的类星体作参照标准吗？同样，大爆炸论者根据哈勃常数和“减速参量”，计算出的宇宙年龄，也不得不重新考虑，因为那个年龄实际上只是假设宇宙以近于光速膨胀到趋于停止所需要的时间间隔，这个间隔并非宇宙的年龄。

二,从无限的时空中诞生的宇宙

                                   ——一个哲学意义的宇宙论假说

    对宇宙起源问题的思考，本来是哲学研究的根本命题，现在却不得不让位于越来越专业化的现代宇宙学，而走出哲学观的现代宇宙学又是怎么回答这一根本命题的呢？宇宙学家告诉我们:物质从“奇点”处无缘无故地诞生，又从”黑洞”里无影无踪地消失;这样的回答，是否也预示着现代宇宙学的困境呢？

    辩证唯物主义哲学论认为:宇宙在时间上是无始无终的，在空间上是无边无界的，宇宙应该是一种在无限的时空中不断演化的物质存在，而现代宇宙学则认为宇宙在时间上是有始有终的，在空间上是无边而有界的，认为时空从“奇点”处诞生后，最终仍会终结于“奇点”。

    为了避免哲学意义上使宇宙具有开端或终结的“奇点”，史蒂芬.霍金引入了虚时间这样一个概念。霍金教授认为实时间只不过是我们发明的用来帮助我们描述宇宙面目的一种观念，而虚时间才是真正的基本的时间，在虚时间里，没有科学定律失效的奇点，也没有人们需要企求上帝的宇宙边缘。宇宙即不创生也不毁灭，它就是存在（摘自《时间简史续论》）。霍金教授的这段话无疑是现代宇宙学在认识上的一个飞跃,，是很接近于唯物主义宇宙观的，但虚时间却是一种我们不可理解的时间，在我们可认识可测量的实时间中，宇宙仍是有开端和终结的。

    那么，我们能不能用现代宇宙学物理学的已有成果，以哲学的方式，推出一个没有开端，也没有边界的宇宙呢？我们的推论分为如下几个步骤：

    真空宇宙阶段：

    大约在10¹⁰⁰⁰⁰年前（这个数字只是无限的代名词），我们的宇宙中，只有无法测量的时空存在，这个存在就是无限的真空。我们无法确定它的大小，亦无法想象它存在了多长时间，这就是真空宇宙。

    真空无疑是一无所有之处，但是在量子力学看来，真空却是一个动荡不安的世界，那里能量在不断地创生着粒子，粒子又不断地覆灭而复归为能量。我们可以把真空看作是由无数的量子作杂乱无章的运动而构成的一种状态，在量子力学看来，真空是一种处于基态的场；而从热力学的角度来看，真空则是一个达到了极限的无序系统。

    量子力学认为量子的行为只能按几率的原则进行预测，真空既然也是一个量子系统，那么这个量子系统的演化也将向几率较大的“态”发展，在这个量子系统中，什么样的“态”几率最大呢？在一个较小的范围内，使这个量子系统产生有序行为，显然是需要外力作用才行的，但在真空宇宙中，这种外力是不存在的，因此其几率为零。我们的目光只能放在一个很大的尺度上，这个尺度必须大到使量子行为不发生因果联系才行，这个尺度应该在几千亿光年左右。

    经过选择，在这个宇宙中，量子发生大规模扰动的几率较大。尽管这种扰动的几率是个很小的值，但经过漫长的时间演化，在真空宇宙中还是形成了这样一个巨大的量子扰动结构。有了量子扰动这样一个有序结构，真空宇宙中引力也随之诞生了。其实，在量子力学看来，大尺度上的真空产生出这样一个量子有序结构，应该是一个必然结果，可惜本文无能给出这样的一个宇宙波涵数。

   量子旋涡阶段：

    大约在10¹⁰⁰⁰年前，由于宇宙中引力的存在，在引力的作用下，那个巨大的量子扰动结构逐步分化成了无数较小的量子旋涡，这些量子旋涡的直径约在二、三十万光年左右，它们由无数的量子作封闭的圆周运动而形成。这些量子本身虽然不具有静止质量，但它们的封闭圆周运动却在空间中激发出了引力场，因而这些量子旋涡是具有静止质量的。

    如果我们把量子旋涡的直径看作是每个量子的波长，那么一个量子旋涡的静止质量就可以由相对论的质能关系式表述如下：

M=KH/RC

式中，M为旋涡的静止质量，K为这个旋涡包含的量子数，R为旋涡直径，C为光速。H为普朗克常数。从这个关系式中不难看出，当一个量子旋涡包含的量子数一定时，量子旋涡的质量与量子旋涡的直径成反比。

    最初的量子旋涡所具有的静止质量是很小的，虽然质量很小，但由于引力的作用，这些量子旋涡还是在作着缓慢的收缩运动。随着旋涡直径的缩小，量子旋涡的静止质量逐步增大。 同时，随着这些量子旋涡质量的增大，整个宇宙的引力也增大，在引力的作用下，整个宇宙开始收缩。而这种收缩运动又导致了旋涡之间的相互运动速度，使它们之间的离心力也随之增加。

    黑洞宇宙阶段：

    大约在10¹⁰⁰年前，那些旋涡陆续演化成了与现代宇宙学中称为巨黑洞的天体很类似的天体（这种天体以下简称为巨黑洞，但它与现代宇宙学所预言的巨黑洞是有区别的）。

    这些巨黑洞具有异常强大的引力场和极大的静止质量，它们的质量都在10¹⁴——10¹⁶个太阳质量之间，但它们的体积却比地球还小。这时的宇宙仍是一个漆黑冰冷的世界。

    在现代宇宙学理论中，黑洞被看作是一个引力场异常强大的点，它被一个叫事件视界的球面所包围，任何东西（包括光子）一旦越过这个事件视界就再也无法逃出。后来霍金教授经过计算指出，黑洞并非绝对的黑体，而是可以通过辐射而最终蒸发掉自己的，这就是霍金辐射，霍金还认为黑洞越小，则霍金辐射量越大，而黑洞收缩得越快，随着黑洞的最终蒸发，它将消失在一次剧烈的爆炸中。遗憾的是霍金教授认为只有质量较小的黑洞，才会在我们的宇宙年龄里发生爆炸，要是换成本文所述的这种具有一个星系质量的巨黑洞，大概是永远也不会发生爆炸的。

    对此本文对黑洞理论是持不同观点的：

    （1）、本文认为，黑洞之所以不发光，并不仅仅是引力场异常强大的缘故，而是因为黑洞是一个高度有序的量子旋涡，任何物质掉入这样的旋涡中，都会被很快地粉粹、整理成有序的量子行为，因此，在这个旋涡中光波是没有传播和发射条件的。

    （2）、黑洞内的每个量子都在作高速旋转运动，都具有一定的动量，每个量子也具有一个相应的离心力，这种离心力会阻止黑洞无限收缩，要使黑洞抗拒住这种离心力而继续收缩，黑洞必须要有足够大的质量，才能使黑洞发生爆炸。黑洞应具有一个能发生爆炸的质量临界点。因此，本文认为只有大质量的黑洞才会发生爆炸，而小质量的黑洞则会较稳定地存在下去，除非它不断吞食物质，使自身质量大于“临界点”。

    物质宇宙的诞生：

    在1000亿年前到100亿年前之间，随着巨黑洞质量的增大，整个宇宙收缩到了一个更小的空间中，巨黑洞之间的相互运动也变得更加活跃繁杂。此时，约有十分之一的巨黑洞内陆续发生了一种奇特的能质爆炸而变成了异常明亮的类星体，类星体熄灭后星系诞生了。由于类星体的爆发使原巨黑洞具有的部分质量转化成了物质，还有相当一部分则转化成了光子和其它一些没有静止质量的场。这样整个宇宙的引力与离心力又发生了相反的失衡，从而导致了整个宇宙的膨胀。在膨胀的同时，被类星体抛出的电离氢、氦气体云，开始凝聚，最终形成了星系，我们的宇宙诞生了。

三、神秘的类星体

    在本文中，类星体无疑代替了大爆炸论“奇点”的位置，那么类星体又是如何制造出物质的呢？

    公认的理论认为，类星体是由一个巨大的旋转的黑洞和正在降落上去的物质形成的，在物质落到黑洞里面之前，会变得非常热并发射出大量能量。

    这样的解释显然是不符合观测事实的，事实上，类星体不仅不吞食物质，相反却在大量地向外抛射物质，另外，类星体发出的耀眼光芒也绝非黑洞吞食物质时所发出的那种X射线。另外，即然认为类星体是由巨黑洞和塌缩的星系组成,那么，类星体就应该是星系的一种终结行为,可为什么类星体又大多都出现在宇宙的早期呢?

    本文认为：类星体不过是巨黑洞发生爆炸的一种形式，是星系得以诞生的一个过程。

    前面已描述过，巨黑洞在引力的作用下，会进一步收缩自身，但这种收缩不会无限地进行下去，当它收缩到一定程度时，巨黑洞中心约10*10^-12米的范围内,突然发生了一种奇异的变化,这时,量子在顷刻之间都转化成了电性粒子,如τ子、U子、电子、这些粒子在巨黑洞内又激发出了异常强大的电磁场（这个过程，在现代物理学试验中可以得到间接的验证）。

    此时，电磁力从引力中分离出来了。

    在引力与电磁力的双重作用下，那些电性粒子在诞生的瞬间又被压缩到了一个更小的空间中，这个空间的直径小于10*10^-15米。在这个空间里，电性粒子又转化成了一种质量更大的粒子——质子。当然，此时不存在单独的质子，而是一种质子态物质，这种物质在空间中激发出了核力场。

    由此，核力从电磁力中分离出来，π介子诞生了。

    在电磁力、核力的作用下，质子、π介子又被进一步压缩成了一种超态物质，这种超态物质的密度达到了10¹⁸克/厘米（以下单位均为克/厘米）以上，并且与外围的τ子相结合形成了一种超高温、超密度的饱合态物质流。这股物质流不仅达到了电磁饱合，而且在一定程度上还达到了引力饱合。由于这股饱合态物质流不与电磁场、引力场发生关系，从而摆脱了力的束缚，而从巨黑洞的中心喷涌而出。

    这股物质流在向外逃逸的过程中，又不断地发生着变化：当密度小于10¹⁶时，物质流中形成了K介子、τ子和超子；当密度小于10¹⁵时，K介子、τ子和超子的混合态又衰变成了由中子、π介子、U子等构成的等离子体,随着等离子体温度、密度的降低，中子、π介子、U子辐射出大量光子、中微子、最终形成了稳定的氢核、氦核和自由电子等组成的电离气体云。这些气体云被抛射到了距中心几十万光年的空间里，成了组成以后恒星的原始物质。

    此时，那个又黑又小的巨黑洞，已变成了一个异常明亮的类星体，它不仅向周围空间抛射出大量的物质，还向遥远的宇宙空间辐射出中微子、光子、高能粒子和强大的电磁波。它放射出的灿烂光芒，照亮了几十万光年范围内的物质，构成了宇宙中最壮丽的景观。

    随着时间的推移，类星体不断地把自身的能量转化为物质挥洒掉，也不断地把自身的质量转化为耀眼的光芒辐射到宇宙空间里，当它的质量小于几十亿到几百万个太阳质量时，它就再也不能制造出物质了。它开始走向衰老，直至死亡。

    十亿年以后，那个明亮的类星体，终于失掉了光辉，它变得暗淡无光，再也不能被光学仪器观察到，最后，它变成了一个星系看不见的核心和幕后的主宰，而一个新的星系诞生了。

    我们今天仍能观察到宇宙早期的类星体，其实，这些类星体只是由较小的巨黑洞演化而成的，更大的类星体则在更早，更短的时间里，演化成了星系或星系团，它们发出的灿烂光芒，早已消失在了遥远的宇宙空间里，它们创生星系时的壮观场面，永远也不能再被我们观察到。而新的类星体、新的星系则仍会在以后的时间里陆续地诞生，宇宙将在我们无法想象的时间里无限地演化下去。