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爱因斯坦没有意识到宇宙其实也是具有可变性的

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ctnmz 发表于 2018-1-11 00:34:03 | 显示全部楼层 |阅读模式
宙的形状只能存在于人类的理论推测与局部发现的综合想象当中
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从时空观的角度来看,宇宙是人类关于时空存在范围的极限概念。在牛顿力学时代,人们以为时空是绝对静止的,宇宙作为星系运动的框架也应该是始终不变的。爱因斯坦虽然在相对论中提出了时空的可变性,但连他本人也没有意识到宇宙作为时空存在的极限形式,其实也是具有可变性的。
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1917年,爱因斯坦出于对广义相对论方程中存在动态宇宙倾向的否定,加入了一个宇宙常数,用以证明宇宙空间的大小与时间无关,从而为静态宇宙模型提供了依据。就这样,爱因斯坦遗憾地错过了宇宙膨胀的预言。然而,爱因斯坦提出的静态宇宙球模型,却成为引力几何学与宇宙学完美结合的发端和标志,爱因斯坦
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因而成为现代宇宙学的重要奠基者之一。

不过,还在爱因斯坦时代,静态宇宙球模型就已经得到了修正。1922年,弗里德曼舍弃了爱因斯坦的宇宙项而根据原有的引力场方程,得出了动态宇宙模型解,即证明宇宙具有膨胀性质。1929年,艾德温·哈勃根据星系红移现象,揭示了红移与宇宙膨胀(亦即均衡扩张)的联系,从而使动态的即膨胀的宇宙被人们当成观测事实接受下来了。从这个观测事实出发,有人甚至还计算出了宇宙膨胀起源的时间。
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对此,爱因斯坦评论说:“这里确实存在着一个不可思议的困难局面。如果将哈勃发现的银河光谱线位移解释为一种膨胀(从理论的观点看这是没有多少疑问的),那么,依此推断,此种膨胀‘仅仅’起源于大约10亿年以前;而按照天文物理学,恒星和恒星系的发生和发展很可能需要长得多的时间。如何克服这种矛盾,仍毫无所知。”爱因斯坦没有预料到.在其后几十年.宇宙年龄已经被修正为上百亿年了。宇宙球模型也衍生出不少子孙

形形色色宇宙球模型的提出,大都是以承认时空弯曲为前提的:静态宇宙球半径是不变的,与时间无关;动态宇宙球则是不断向外扩张的,体积与时间成正比关系。
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当代盛行的大爆炸宇宙学更是把人类观测到的宇宙膨胀,看成是某种体积无穷小而温度、密度无穷大的奇点爆炸的必然延续,奇点爆炸的瞬间被看成是时空的开端,爆炸带来的宇宙膨胀意味着时空的膨胀,宇宙一旦回缩到原始爆发前的状态。则意味着时空的终结。
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据称已找到了大爆炸证据,这就是微波背景辐射;这种大爆炸的余温至今仍弥漫在整个宇宙中。

迄今为止,最奇特也是最复杂的宇宙球模型是由美国的杰弗里·维克斯提出来的。美国数学家杰弗里·维克斯研究了NASA微波背景辐射探测器发回的资料,提出了新的宇宙模型。这个有限宇宙相对说来并不大,大约只有70亿光年宽度,形状为五边形组成的12面体,有如足球。这位数学家认为,人们之所以感觉宇宙是无限的,是因为宇宙就像一个镜子迷宫一样使人们产生错觉。
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或许新的宇宙球模型还会源源不断地衍生出来,因为科学家们被宇宙新发现所激励出来的想象力,如同宇宙新发现一样是不会穷尽的;但无论是说宇宙在加速膨胀也罢,或者说宇宙不止一个也罢,总之将引力的几何效应推广到整个宇宙中,已经使宇宙在人们心目中产生了这样的一种新形象:它是一个以爆发奇点为开端的、可膨胀可收缩的、同向共性或非均匀的、半径与时间关联的可测球体。

一个与闭合宇宙相关的问题——即时间在其间是如何闭合的呢?按照相对论,弯曲的时空必然伴随着时间的周而复始(即循环式延续);按照大爆炸宇宙学,闭合的并且膨胀的宇宙必然导致时间循环的终结。

面对这样一个有始终、有限度的宇宙模型,人们似乎可以认为差不多已接近时空观念的发展极限了。但问题的关键却仍然难以搞清楚:宇宙作为时空存在的极限范畴,究竟是按照人类所能理解的极限存在的,还是按照大自然永恒本性存在的?简言之,宇宙的存在极限到底是可知的还是不可知的?

我们无法跳出宇宙看宇宙,因而宇宙的形状只能存在于人类对宇宙的理论推测与局部发现的结合想象当中。基本结论或许是:人类对宇宙存在极限的认知只具有相对性的特征,亦即宇宙的存在极限只具有相对可知性。

人类科学的发展不允许也不需要包容一切的终极理论

爱因斯坦生前试图将引力场与电磁场统一到一个纯引力场中,惜无结果。有人认为是爱因斯坦后半生的研究方向搞错了。无可讳言,每个人都有历史造就的狭隘性,都难免会被特定时代所局限。

但无论怎样,爱因斯坦作为统一场论的拓荒者,其对科学的执著精神、持久的热忱以及天然的责任感,永远值得人们尊重,值得世代后人效法。
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在爱因斯坦身后,充满奋斗精神的人们前赴后继,对统一场的探索始终没有中断过。但没有硝烟的科学战场同样残酷无情,在任何伟大探索的征途上,付出一生的辛勤而落得两手空空的牺牲者绝非少数。不图痛快一时的感官享受,只求有限一生的价值创造,这只能是觉悟者既定的人生选择。

如今在统一场论阵地上坚守未败、有望修成正果的。可能也只有广义弦论、圈量子引力学等极少数理论了

广义弦论尤其令人感兴趣。这一理论是由解释强力作用的狭义弦论发展而来的。大约在20世纪后期,该理论开始受到人们的重视并逐渐形成研究热潮,如今广义弦论已成为囊括超弦理论、M理论、膜理论等多种假说的一种略显庞杂的理论体系了。
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广义弦论把时空看成是由无数具有卷曲结构的微型空间组合而成的整体,而构成微型空间的最小单元即是假想的一维弦;不同的弦共振模式与层出不穷的粒子态和谐对应。据B.格林等研究者声称,广义弦论已成功地解决了广义相对论与量子理论之间的矛盾,即星系尺度上平滑弯曲的四维时空与超微尺度上激荡起伏的量子泡沫之间的对立。

不仅如此,据说广义弦论业已为统一四种相瓦作用力扫清了理论障碍,实证前景相当乐观;但缺乏最起码的实验证据,始终是广义弦论无法突破的第一瓶颈。

以人类现有的超微探测手段,在可预见的时间内远不足以实现对假想弦的验证。

然而,这种现实缺陷并未能阻挡住广义弦论雄心勃勃的推进趋势。作为爱因斯坦未竟事业的继续,广义弦论的目标就在通过统一广义相对论与量子力学,统一所有已知的相互作用力,进而统一所有的物理学理论和物理学现象,进而发展成为终极理论。
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不过,我们可以认定人类需要终极理论吗?抑或说终极理论有存在的必要吗?

事实上,在确认地球文明能够保持正常发展的前提下,展望人类知识探索及其知识扩张的诸多可能性前景,我们尚未发现未来的科学史有任何终结的趋势。

这就提醒我们,终极理论的概念没有什么实在价值;终极理论的提法只会使人类目光短浅,只见树木不见森林。若不想放弃终极理论的提法,那么它也只是在较长的时间里能占据统领地位的理论而已。

广义弦论还有一个不甚自信的倾向,那就是它有些刻意追求与大爆炸、黑洞等现有理论的完全一致性了。倘若这类传统理论有所修正的话,那就势必会动摇广义弦论的生存根基。

然而无论怎样,广义弦论呈现给人们的理论成果毕竟是美妙、精巧且不乏天才猜想的,若以此奇弦来奏响遥远的新物理学乐曲当是天籁之音。

遗憾的是,由于缺乏可观察的客体,广义弦论等待科学验证的过程可能将是极其漫长的,人们的耐心甚至将为此受到煎熬。不过若现实一点,譬如通过建立电脑模型来演绎并推广广义弦论的理论模型,当可缓解该理论苦无实证的现实困境。
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