《宇宙态演论——大爆炸与黑洞的双向态演观》由四川科学技术出版社出版发行后,出版社作了精品推荐,已产生一定影响。清华大学等国家重点大学图书馆已列为馆藏书目。现着重阐明它与宇宙大爆炸理论即现代宇宙学“标准模型”的内在关系,以进一步引起人们的关注。
宇宙大爆炸理论已盛行几十年,对学术界和人们的思想产生了很大影响。英国著名物理学家霍金称赞“宇宙膨胀的发现是20世纪最伟大的智慧革命之一”。在此之后,我们提出的宇宙态演论与宇宙大爆炸理论又是什么关系呢?我们认为,在新的历史阶段,宇宙态演论对宇宙大爆炸理论是一种补充、完善和发展。
1.宇宙大爆炸理论的主要观点
宇宙大爆炸理论的主要观点认为:我们所处的宇宙来源于一次大爆炸。大爆炸之后,曾有一段从热到冷的演化史,这种演化趋势至今还在进行。其主要表现是宇宙不断膨胀,温度不断降低,天体不断变化。随着宇宙的膨胀,宇宙半径增加一倍则温度降低一半,据此反推,我们所处的宇宙已经历了亚原子粒子形成期、元素形成期和天体形成期三个阶段。第一阶段,亚原子粒子形成期发生在宇宙诞生后的一秒钟之内,宇宙温度约100亿K,物质密度相当高,宇宙处于热平衡状态,此时的宇宙成分只是质子、中子、电子、光子、中微子等一些基本粒子。这些基本粒子混合而成一种温度和能阶极高的“宇宙汤”。第二阶段,元素形成期发生在宇宙诞生的三分钟之内,随着宇宙膨胀,温度迅速下降,当温度到10亿K时开始进入化学元素合成的时代,温度降到1亿K时宇宙的主要物质成分是质子、电子、光子、弱相互作用粒子和氢、氦等轻元素。第三阶段,天体形成期发生在宇宙诞生后约30亿年时,温度降低到1000K,辐射退居次要地位,宇宙间主要是气态的物质,气体逐渐凝聚成星云,并进一步形成各种天体,生命也在此时期诞生。对谱线红移、氦丰度、微波背景辐射、河外天体、天体年龄等天文观测的结果,支持了关于宇宙大爆炸演化现象的上述主要观点。这些主要观点已在很大程度上被广泛认可。这正如澳大利亚的保尔•戴维斯所说,“整个宇宙起源于大约150亿年前的一次大爆炸,而且这个事件确定了宇宙朝着它最终归宿演变的方式。这已是几乎所有科学家公认的观点……大爆炸理论的科学性令人不得不信服。”保尔•戴维斯所说的“最终归宿演变方式”,也就是一个从高温到低温,从高能阶到低能阶方向演变的方式。
宇宙大爆炸理论基本上反映了我们这个宇宙的大体演化情况。这是应该充分肯定的。但是它也仅反映了宇宙的一种单向的单边演化,还没有全面反映宇宙双向的双边演化,而且还有一些问题需要进一步探索,因而它还存在一定的缺陷性。仅就其演化的结局这一点来说,就有几种不同的观点:一种观点认为,其结局是宇宙无限地膨胀,最后退化而热寂,这就是所谓的开宇宙;另一种观点认为,其结局是“大灾变”或“大挤压”,宇宙以膨胀转为收缩最后变成大坍缩,再次回到当初大爆炸的起点,这就是所谓的闭宇宙;还有一种观点认为,宇宙物质密度等于临界密度,这就是所谓的平直宇宙,其结局与开宇宙没有很大差别;等等。这些观点都不能完全成立。因为任何有限宇宙区域(如我们的总星系等)都不可能无限膨胀导致热寂而死亡,也不可能绝对封闭仅靠自身条件再次原样回到当初大爆炸的起点。唯物辩证法指出,宇宙的有限与无限是辩证统一的。无数有限宇宙(局部宇宙区域)组成了无限宇宙,无限宇宙离不开有限宇宙;有限宇宙(局部宇宙区域)是有始有终,有限的,无限宇宙是无始无终,无限的;有限在转化中成为无限。这就是宇宙的辩证法。我们应从宇宙辩证法的角度去理解和对待宇宙大爆炸理论。
2.宇宙态演论对宇宙大爆炸理论是一种补充、完善和发展
宇宙态演论不仅包含了宇宙大爆炸理论的主要内容和观点,而且还从根本上揭示了宇宙大爆炸及膨胀演化的根源、实质和必然性,因而它对宇宙大爆炸理论是一种补充、完善和发展。
(1)宇宙大爆炸是宇宙反向态演的必然产物。宇宙在反向态演中,以各种不同方式把物质能量逐渐集聚起来,并通过逐步上升或飞跃上升的过程把低能态转化为高能态,从而形成了反向态演大趋势。这种大趋势的最终结果,必然要以一种急剧井喷的飞跃性突变产生出极高能态的宇观现象。“暴胀论”也认为宇宙大爆炸是在快速暴胀中产生的。其中,“暴胀场”这种“暗势力”或许是一个重要因素,并起着重要作用。这种好似火山大爆发的极端宣泄,就是宇宙大爆炸。所以,宇宙大爆炸是宇宙反向态演大趋势的一种必然产物。现在,人们发现或推测到能产生这种必然产物的具体机制或成因已有好几种了。例如,宇宙大坍缩到一定程度后,最终产生的飞跃性大爆炸;黑洞吸收能量到一定程度后,最终产生的飞跃性大爆炸;真空能量集聚到一定程度后,最终产生的飞跃性大爆炸;暗物质积累到一定程度后,最终产生的飞跃性大爆炸;等等。人们对这些具体机制或成因的认识可以增多、发展或者改变,但这些认识上的变化都不能改变宇宙反向态演大趋势的客观存在。宇宙大爆炸是宇宙反向态演大趋势向正向态演大趋势的一个极端转化及重大转折点。这个重大转折点既是反向态演大趋势的终结,又是正向态演大趋势的开始。它在宇宙能态的顶峰处把宇宙的反向态演大趋势与正向态演大趋势内在地联结起来。宇宙大爆炸可以是一种机制所致,也可以是多种机制综合所致。既然宇宙大爆炸是宇宙反向态演大趋势的必然产物,因而这也就很自然地纳入宇宙态演及态演规律之中了。
(2)宇宙大爆炸之后的膨胀演化是宇宙的一种正向态演大趋势。宇宙大爆炸以后,从最高能态开始经历了亚原子粒子形成期、元素形成期和天体形成期三个较大的发展阶段。这三个较大的发展阶段是一个从高温到低温,从高能阶到低能阶逐步降低的变化过程。显然,这是宇宙的一种非常明显的正向态演大趋势过程。由于它是从宇宙大爆炸最高能态顶峰开始下降演化的,所以它还是一种最高级别、最大规模、最为完整的宇宙正向态演大趋势的主体过程。我们的总星系现正处于这种主体过程之中。既然宇宙膨胀演化是宇宙的一种正向态演大趋势,因而这也就很自然地纳入宇宙态演及态演规律之中了。
(3)宇宙大爆炸及膨胀演化的结局是正向态演大趋势向反向态演大趋势的一种极端转化及重大转折点。宇宙大爆炸以后在膨胀过程中,逐步向外界释放出一部分物质和能量,自身也由高态逐步演化为低态。这种演化大趋势的最终结局,将由正向态演彻底转化为反向态演。这是正向态演大趋势的一种极端转化和重大转折点。这个重大转折点既是正向态演的终结,又是反向态演的开始。它在宇宙能态低端处把宇宙的正向态演大趋势与反向态演大趋势内在地联结起来。既然宇宙大爆炸及膨胀演化的结局是正向态演向反向态演的一种极端转化及重大转折点,因而,这也就很自然地纳入宇宙态演及态演规律中了。
综上所述,上述“两个极端转化和重大转折点”及其演变过程,已从起点、发展到终点,再到新的起点和新的终点,乃至无穷,把宇宙大爆炸及膨胀演化全部纳入宇宙态演及态演规律之中了。这就从根本上揭示了宇宙大爆炸及膨胀演化的根源、实质和必然性。这就表明宇宙态演论包含了宇宙大爆炸理论的主要内容和观点,并弥补了不足之处。因此,从根本上说,宇宙态演论对宇宙大爆炸理论是一种补充、完善和发展。
3.“态演模型”与“标准模型”的对比
人们把宇宙大爆炸理论称为现代宇宙论的标准模型,简称为“标准模型”。我们也把宇宙态演论简称为“态演模型”。现在,我们把“态演模型”与“标准模型”作一番简要比较,以扩大探索的思路。它们两者之间既有相同点,也有不同点。后面还要详细论述。
“态演模型”与“标准模型”的相同点:
(1)两者都认为我们的宇宙(总星系)来源于宇宙大爆炸;
(2)两者都认定在宇宙大爆炸之后,我们的宇宙处于不断膨胀、不断降温的演化大趋势之中,至今仍在继续进行;
(3)两者对这个大趋势演化中产生的各种物质形态及物质系统(包括天体系统等)的阶段划分,基本上是一致的,只是各自的角度和划分形式有所区别而已。
“态演模型”与“标准模型”的不同点:
(1)“标准模型”认为宇宙大爆炸产生于一个没有大小、密度为无限大的奇点;而“态演模型”则认为宇宙大爆炸产生于一个巨大黑洞的中心部分。
(2)“标准模型”所说的宇宙大爆炸是一次性爆炸;而“态演模型”则认为宇宙大爆炸是多次性爆炸。
(3)“标准模型”提出的宇宙大爆炸以后的膨胀到终结的演化,是一种单向单边的演化,没有说明宇宙大爆炸的来源;而“态演模型”提出的正、反态演及其大趋势,则是一种双向双边的演化,并明确提出宇宙大爆炸及“原始火球”是宇宙反向态演大趋势的必然产物。
(4)“标准模型”提出的宇宙演化,是与外界没有任何关系的孤立演化,即由宇宙大爆炸产物“原始火球”在不断膨胀中的“自我” 演化,产生出总星系的;而“态演模型”提出的宇宙演化,是与外界紧密联系、内外原因相结合的演化,即由宇宙大爆炸产物“原始火球”在与周围黑洞等物质的相互作用、相互结合演化中,产生出总星系的。
(5)“标准模型”认为,我们宇宙起源于大爆炸的零时刻,并将那一时刻定为时间的起点;而“态演模型”认为:在宇宙中,时间没有起点和终点;在由正、反态演大趋势构成的永恒循环态演中,时间是永存的;任何有限宇宙或有限物质系统的态演都有始有终,而无限宇宙或整个物质世界的态演则是无始无终的。