宇宙空間真的在膨脹嗎？

大爆炸宇宙學(xué)的基本核心，就是宇宙在膨脹并且是在加速膨脹。為了能更好地探討這個(gè)問(wèn)題，我們有必要回顧一下大爆炸宇宙學(xué)理論的誕生。

天文工作者首先發(fā)現(xiàn)銀河系以外的星系離我們愈遠(yuǎn)，其紅移值愈大。根據(jù)我們對(duì)聲波多普勒現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)，人們便自然聯(lián)想到星系是否在飛離我們，而且離我們愈遠(yuǎn)的星系其飛離的速度也愈大。問(wèn)題的推演到此并沒(méi)有結(jié)束，如果所有的星系現(xiàn)在都在飛離我們，那么在一個(gè)久遠(yuǎn)的過(guò)去，這些星系是否應(yīng)該聚集到一個(gè)點(diǎn)？于是，我們的宇宙是由一個(gè)點(diǎn)經(jīng)過(guò)一次大爆炸，隨后又不斷膨脹而產(chǎn)生的觀點(diǎn)便這樣順理成章地出現(xiàn)了。之后天文學(xué)領(lǐng)域中若干新的觀測(cè)結(jié)果，如宇宙背景輻射等更進(jìn)一步證實(shí)了大爆炸宇宙學(xué)觀點(diǎn)。但是，事實(shí)真的如大爆炸宇宙學(xué)理論所解釋的那樣嗎？筆者的回答則是完全否定的。

其一，宇宙空間不可能發(fā)生膨脹。

既然宇宙是由所謂大爆炸產(chǎn)生的，人們首先就會(huì)提出這樣的問(wèn)題：宇宙空間真的能夠膨脹嗎？為了回答這個(gè)問(wèn)題，我們不妨先搞清楚什么是人們所說(shuō)的宇宙空間。大家知道，科學(xué)的時(shí)空觀認(rèn)為，空間和時(shí)間一樣，都是運(yùn)動(dòng)物質(zhì)存在的一種基本形式，而所謂空間則是指運(yùn)動(dòng)物質(zhì)的廣延性。但由于物質(zhì)在真實(shí)三維空間中運(yùn)動(dòng)的無(wú)限性，決定了運(yùn)動(dòng)物質(zhì)的廣延性也必然是無(wú)限的。這似乎可以與現(xiàn)在人們認(rèn)為物質(zhì)引力所及范圍是無(wú)限的相類似（雖然物質(zhì)引力傳輸?shù)木嚯x未必是無(wú)限的），所不同的是空間僅僅是運(yùn)動(dòng)物質(zhì)的一種存在形式，而存在形式的范圍所及是不需要任何傳播過(guò)程的。也就是說(shuō)，只要有物質(zhì)的存在，空間也必然同時(shí)存在。但引力的傳輸則必須依靠物質(zhì)的引力子，其傳播速度也必將受到光速的限制。由此，我們就不難得到一個(gè)明確的結(jié)論：宇宙空間與物質(zhì)是同時(shí)存在的，本來(lái)就是無(wú)限的，因此也根本不存在所謂空間膨脹這一大爆炸理論所設(shè)定的命題。

不僅如此，我們還可以從另一個(gè)角度來(lái)證明空間并未發(fā)生所謂的大爆炸。按照大爆炸理論，離我們愈遠(yuǎn)的空間飛離我們的速度也愈快（而且還在加速）。當(dāng)然，被該空間攜帶的星系飛離我們的速度也愈快。而根據(jù)狹義相對(duì)論，當(dāng)星系飛離的速度愈接近光速，則其質(zhì)量也就愈大。計(jì)算表明，當(dāng)星系相對(duì)地球的 速度為0.9倍光速時(shí)，該星系的質(zhì)量為其靜止質(zhì)量的約2.3倍；當(dāng)速度增加到0.999倍光速時(shí)，該星系的質(zhì)量則激增至其靜止質(zhì)量的22.4倍。顯然，其速度趨近光速，則其質(zhì)量趨于無(wú)窮大。現(xiàn)今，按照大爆炸理論給出的最新哈勃常數(shù)和宇宙半徑計(jì)算，飛離我們最快的星系速度即使達(dá)不到超光速至少也應(yīng)該無(wú)限接近光速了。在這種情況下，星系在數(shù)十萬(wàn)倍增加的物質(zhì)引力的作用下，最終引發(fā)星系劇烈塌縮并生成黑洞則是完全可以預(yù)期的。當(dāng)然，這樣的黑洞我們很難觀測(cè)到。但就銀河系內(nèi)相對(duì)足夠遙遠(yuǎn)的星系來(lái)說(shuō)，其飛離速度也應(yīng)該趨于光速，因此銀河系的質(zhì)量也理應(yīng)趨于無(wú)窮大。但是，實(shí)際情況并非如此，我們周圍的一切都很正常。我們總不能設(shè)想，我們面前的任何一個(gè)物體，其實(shí)際靜止質(zhì)量真的趨于無(wú)窮小吧？

現(xiàn)實(shí)的狀況與大爆炸理論的邏輯結(jié)果為什么會(huì)有如此大的差別呢？最簡(jiǎn)單的答案是：要么是狹義相對(duì)論出了問(wèn)題，要么就是并不存在所謂宇宙空間的膨脹，更不要說(shuō)什么近（超）光速的膨脹了。

大爆炸理論的支持者也考慮到了這種情況，于是他們堅(jiān)持說(shuō)，星系只是被空間攜帶著，而相對(duì)于空間并沒(méi)有運(yùn)動(dòng)，因此也就不會(huì)發(fā)生所謂狹義相對(duì)論的問(wèn)題。筆者認(rèn)為，這其實(shí)是一種自欺欺人的說(shuō)法。設(shè)想在一條加速流動(dòng)的河水中，上下游A、B兩點(diǎn)分別有一條無(wú)動(dòng)力小船在2fa3592d5c292851e3b4e24e1453465ebd16dd085f480aca979b1a4b587675f4漂流著。一般來(lái)講，小船相對(duì)于船底的水流并無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，但毋庸置疑的是，A、B兩點(diǎn)的水流是有相對(duì)速度的。因此，無(wú)論將坐標(biāo)系原點(diǎn)選在哪里，兩條船間有相對(duì)速度也是不可否認(rèn)的。當(dāng)這兩個(gè)點(diǎn)水流的相對(duì)速度超過(guò)光速時(shí)，兩條船的相對(duì)速度必定也會(huì)超過(guò)光速。

其二，宇宙空間的驅(qū)動(dòng)源是什么？

退一步說(shuō)，如果空間真的可能膨脹，那由此會(huì)產(chǎn)生更多的問(wèn)題。人們首先要問(wèn)的就是：空間是因什么力量膨脹的？

據(jù)說(shuō)，宇宙的大爆炸經(jīng)歷了兩個(gè)主要階段：其一是自旋為零的標(biāo)量場(chǎng)（也就是所謂的暴脹子）造就了普朗克尺度宇宙（簡(jiǎn)稱微宇宙）的暴脹；其二則是由所謂暗能量驅(qū)動(dòng)宇宙空間發(fā)生了后來(lái)的熱大爆炸。

根據(jù)大爆炸理論，從宇宙大爆炸開(kāi)始后的1E-36秒～1E-34秒，微宇宙以指數(shù)增長(zhǎng)的速率急劇膨脹。在這極短的一瞬間，微宇宙竟由一個(gè)極小尺度的球（他們給出的數(shù)據(jù)相差極大，從1E-33厘米到3E-25厘米）脹大到幾毫米甚至10厘米的大小，其膨脹速度竟達(dá)到幾億億億倍光速。這就是有名的暴脹理論，它認(rèn)為暴脹的基本動(dòng)力源就是標(biāo)量場(chǎng)的再次量子漲落。“當(dāng)宇宙仍如普朗克長(zhǎng)度那么大時(shí)，如果給它一個(gè)猛烈的向外推動(dòng)（其作用猶如反引力），就會(huì)促使微宇宙發(fā)生暴脹?！保ā洞笥钪姘倏迫珪?shū)》。）而這個(gè)“猛烈的向外推動(dòng)”正是由于標(biāo)量場(chǎng)的再次量子漲落才得以實(shí)現(xiàn)的。

但是，人們要問(wèn)的是，這些自旋為零的標(biāo)量場(chǎng)是從哪里來(lái)的？事實(shí)上，即使量子理論，其基本粒子的標(biāo)準(zhǔn)模型中也沒(méi)有大爆炸理論所需要的標(biāo)量場(chǎng)，即由自旋為零的介子所構(gòu)成的場(chǎng)。該理論的標(biāo)準(zhǔn)看法是，在暴脹前的大統(tǒng)一時(shí)期，存在著大統(tǒng)一的原始力。而按照大爆炸理論，那些構(gòu)成自旋為零的介子的夸克，也只是在所謂的暴脹中才被生成的。當(dāng)然在暴脹之前，由這類自旋為零的介子構(gòu)成的所謂標(biāo)量場(chǎng)也不可能存在。不過(guò)也有人說(shuō)，暴脹前還存在著自旋為零的希格斯粒子（或希格斯場(chǎng)）。很多人認(rèn)為，現(xiàn)有已知的60余種基本粒子中，有質(zhì)量的粒子其質(zhì)量都是從希格斯場(chǎng)中獲得的。但遺憾的是：①認(rèn)為希格斯粒子必定存在的希格斯本人，卻并沒(méi)有賦予希格斯場(chǎng)推動(dòng)宇宙空間急劇暴脹的特殊功能；②標(biāo)量場(chǎng)即使存在，但它又是如何以“猛烈的向外推動(dòng)”來(lái)推動(dòng)空間以極其巨大的超光速暴脹的。顯然，在大爆炸理論中對(duì)于空間如何暴脹（包括后來(lái)所謂的熱大爆炸）的機(jī)制，從來(lái)沒(méi)有做出過(guò)任何解釋或是猜測(cè)。

再說(shuō)暗能量。對(duì)于大爆炸理論來(lái)說(shuō)，這無(wú)疑是一種極為重要的促使宇宙空間繼續(xù)膨脹的斥力源。但是，大爆炸理論對(duì)在宇宙大爆炸中物質(zhì)如何產(chǎn)生進(jìn)行了十分詳盡的描述，但時(shí)至今日，卻沒(méi)有對(duì)暗能量（包括暗物質(zhì)）是如何生成的做過(guò)任何說(shuō)明或是猜測(cè)。也就是說(shuō)，在他們創(chuàng)生的宇宙中，原本就沒(méi)有暗能量和暗物質(zhì)的地位，只是后來(lái)因?yàn)樵摾碚摰男枰盘岢鲞@個(gè)所謂的暗能量（及暗物質(zhì)）問(wèn)題。

大爆炸理論認(rèn)為，在熱大爆炸的初期，暗能量的斥力遠(yuǎn)不如物質(zhì)引力強(qiáng)，所以這時(shí)的宇宙空間只能依靠暴脹的余威在做減速膨脹。只是在宇宙空間的尺度大到足夠程度時(shí)（宇宙半徑三四十億光年），宇宙空間會(huì)因?yàn)榘的芰砍饬χ饾u超過(guò)物質(zhì)引力開(kāi)始由減速膨脹轉(zhuǎn)為加速膨脹。這里就出現(xiàn)了一個(gè)奇怪的問(wèn)題：暗能量在宇宙誕生之初其能量密度顯然就低于物質(zhì)的引力能密度。因此，隨著空間的膨脹，二者的能量密度理應(yīng)隨之同時(shí)降低，仍然保持引力能密度大于暗能量密度的狀態(tài)。但是，為了實(shí)現(xiàn)宇宙空間的加速膨脹，大爆炸理論卻告訴我們?cè)谝δ苊芏认陆档耐瑫r(shí)，暗能量密度卻始終精確地保持為一個(gè)常值。

事實(shí)真的是這樣嗎？首先讓我們聽(tīng)聽(tīng)大爆炸理論是如何解釋這個(gè)問(wèn)題的吧！解釋一，他們認(rèn)為新膨脹出來(lái)的空間本身就包含著能量，即所謂的真空能（零點(diǎn)能）或暗能量，而且膨脹出來(lái)的單位空間中所含的暗能量又與原單位空間含有的暗能量精確相等。因?yàn)橹挥袧M足這個(gè)條件，才可能保證暗能量的能量密度不隨宇宙空間膨脹稀釋而始終保持一個(gè)恒定值。但這種解釋又意味著什么呢？其一，能量可以無(wú)中生有，或者說(shuō)能量守恒定律在這里已經(jīng)完全失效；其二，新膨脹出來(lái)的空間中還必須只創(chuàng)生出暗能量，而不能同時(shí)創(chuàng)生出物質(zhì)。因?yàn)槲镔|(zhì)如果與暗能量同步等量創(chuàng)生，則暗能量斥力就永遠(yuǎn)無(wú)法戰(zhàn)勝物質(zhì)引力了。解釋二，有一段奇文很能代表大爆炸理論中的另一種觀點(diǎn)：“真空能量的張力很強(qiáng)，因此它會(huì)緊抓著空間，不讓宇宙擴(kuò)張。換句話說(shuō)，和輻射相反，宇宙擴(kuò)張會(huì)將能量傳給真空能量，讓它的張力越來(lái)越強(qiáng)。雖然真空能量會(huì)因宇宙擴(kuò)張被稀釋，但其張力卻增強(qiáng)。這兩種效應(yīng)抵消之下，產(chǎn)生了一個(gè)特異的結(jié)果：常數(shù)的能量密度維持定值，不受宇宙擴(kuò)張影響！”（《比光速還快》。）

現(xiàn)在，我們就試著對(duì)這段奇文做一點(diǎn)分析。第一，文章開(kāi)宗明義地指出，真空能量的張力很強(qiáng)，會(huì)“不讓宇宙擴(kuò)張”，接著又明確告訴我們“宇宙擴(kuò)張會(huì)將能量傳給真空能量，讓它的張力越來(lái)越強(qiáng)”。這就是說(shuō)原來(lái)驅(qū)動(dòng)宇宙空間膨脹的真空能量，在這里反倒成了不讓空間膨脹的阻力。第二，阻止空間膨脹的張力增強(qiáng)了，而暗能量的能量密度又稀釋了，宇宙空間將如何完成由減速膨脹到加速膨脹的轉(zhuǎn)換呢？原文認(rèn)為，張力增強(qiáng)和暗能量稀釋這兩種效應(yīng)竟然會(huì)相互抵消，保持能量密度維持定值不變。但是，與宇宙半徑的立方成反比關(guān)系的能量密度是一個(gè)標(biāo)量，而張力則是與宇宙半徑成正比的一個(gè)矢量。更何況，暗能量密度稀釋和張力增強(qiáng)都會(huì)阻止空間膨脹，二者又怎么可能相互抵消并保持暗能量的能量密度不變呢？第三，該理論認(rèn)為宇宙擴(kuò)張會(huì)將能量傳給真空能量，這更是一種毫無(wú)根據(jù)的說(shuō)法。根據(jù)能量守恒定律，真空能量只能在驅(qū)動(dòng)宇宙空間膨脹的過(guò)程中不斷被消耗。但原文說(shuō)宇宙空間會(huì)反過(guò)來(lái)將能量又傳給真空能量，這恐怕就如同說(shuō)火箭推進(jìn)劑燃燒推動(dòng)火箭運(yùn)動(dòng)，而火箭運(yùn)動(dòng)又會(huì)將能量傳給燃燒著的推進(jìn)劑一樣不可思議。在大爆炸理論中，宇宙的膨脹竟然變成了現(xiàn)代版的永動(dòng)機(jī)系統(tǒng)！

其三，宇宙空間是如何膨脹的？

再退一步講，我們姑且承認(rèn)上述空間膨脹驅(qū)動(dòng)源真的存在。那么，驅(qū)動(dòng)源又是如何驅(qū)動(dòng)空間膨脹甚至暴脹的呢？對(duì)此問(wèn)題可能有兩種答案：①如科學(xué)時(shí)空觀所描述的那樣，物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)決定了空間運(yùn)動(dòng)，因此是零旋粒子或暴脹子猛烈地向外運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生了對(duì)空間的推動(dòng)，但粒子本身的速度是受到光速限制的，因此無(wú)論粒子如何漲落，暴脹的速度都不可能超過(guò)光速。因此說(shuō)空間的膨脹速度可以不受光速的限制，顯然是沒(méi)有任何根據(jù)的。②量子漲落本身就是一種巨大的能量或能量場(chǎng)存儲(chǔ)著的一種勢(shì)能。但遺憾的是，所謂空間只是物質(zhì)客體存在的廣延性，或是運(yùn)動(dòng)著的物質(zhì)存在形式的一種。試問(wèn)，量子漲落或存儲(chǔ)的勢(shì)能怎么可能去猛烈向外推動(dòng)物質(zhì)的廣延性或物質(zhì)的存在形式呢？這就好比一個(gè)點(diǎn)亮的燈泡，將燈泡視為物質(zhì)，其光輻射視為廣延性。當(dāng)我們移動(dòng)燈泡時(shí)，光輻射會(huì)隨著移動(dòng)。但我們不可能去移動(dòng)光輻射，更不能用移動(dòng)光輻射的辦法去移動(dòng)燈泡。

根據(jù)相關(guān)的引力理論計(jì)算，所謂大爆炸產(chǎn)生的宇宙始終是一個(gè)強(qiáng)引力場(chǎng)。暴脹后，宇宙中的全部物質(zhì)已經(jīng)生成（其實(shí)有觀點(diǎn)認(rèn)為，暴脹前就已經(jīng)存在諸如磁單極子、X玻色子之類的物質(zhì)粒子），其引力半徑也就被確定（約1.5億光年）。而引力半徑與系統(tǒng)最大尺度范圍之比我們稱為系數(shù)K，常被用來(lái)表示系統(tǒng)的穩(wěn)定性，過(guò)大的K值則表示系統(tǒng)會(huì)在強(qiáng)大的物質(zhì)引力的作用下發(fā)生塌縮。不過(guò)大爆炸的宇宙卻十分神奇，暴脹時(shí)，其K值近于無(wú)窮大但卻能以超光速膨脹，一直到產(chǎn)生所謂宇宙背景輻射時(shí)，宇宙仍有一個(gè)很高的K值。這樣的系統(tǒng)似乎也應(yīng)該在引力的作用下強(qiáng)烈收縮成超大黑洞，或者又回到微宇宙的時(shí)代。

但這樣的情況并沒(méi)有發(fā)生。大爆炸理論對(duì)此辯解說(shuō)：“……以致引力即使現(xiàn)在已經(jīng)能夠快速發(fā)揮其將一切東西拉回到大崩塌的作用，也需要經(jīng)數(shù)千億年先制止膨脹，然后才能使其反轉(zhuǎn)。”（《大宇宙百科全書(shū)》。）但真實(shí)的情況并非如此。按照大爆炸論者的觀點(diǎn)，物質(zhì)粒子只是被空間攜帶著，相對(duì)于空間并沒(méi)有運(yùn)動(dòng)，那么這些被攜帶的粒子是否具有動(dòng)量呢？如果沒(méi)有動(dòng)量，這些粒子在超強(qiáng)引力的作用下必將在極短的瞬間被消滅于無(wú)形。因此，物質(zhì)粒子也必然具有動(dòng)量。如果物質(zhì)粒子和空間暴脹一樣，具有百萬(wàn)億億倍光速的速度，我們則可以根據(jù)大爆炸論者給出的數(shù)據(jù)做一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)算：暴脹結(jié)束時(shí)宇宙的尺度約10厘米，物質(zhì)粒子的末速度約為1E22倍光速，引力質(zhì)量?jī)H計(jì)算物質(zhì)，約為0.08E52千克，再考慮到粒子動(dòng)量與引力作用于粒子的外沖量最終實(shí)現(xiàn)平衡，結(jié)果表明，在不到1.4E-12秒的時(shí)間內(nèi)，暴脹的余威就消耗殆盡。如果對(duì)暴脹之初進(jìn)行同樣的計(jì)算，其時(shí)宇宙的尺度僅略大于普朗克長(zhǎng)度；暴脹提供的物質(zhì)粒子總質(zhì)量應(yīng)該極少，物質(zhì)粒子的初速度與普朗克時(shí)期末的速度大體一致（約為1倍光速）。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，則計(jì)算的結(jié)果更加令人吃驚———粒子動(dòng)量與外沖量達(dá)到平衡的時(shí)間竟遠(yuǎn)不到1E-40秒。也就是說(shuō)暴脹剛開(kāi)始，就已經(jīng)被自己創(chuàng)生的物質(zhì)引力所消滅，暴脹尚且無(wú)法實(shí)現(xiàn)，當(dāng)然也就更不可能為后來(lái)的熱大爆炸提供初期的驅(qū)動(dòng)力了。加之熱大爆炸初期，暗能量的反引力（斥力）又遠(yuǎn)弱于物質(zhì)引力，那么宇宙空間的熱大爆炸又怎么可能實(shí)現(xiàn)呢？當(dāng)然也就更不可能發(fā)生繼續(xù)膨脹數(shù)千億年的奇跡了！

其四，宇宙只能要么膨脹、要么收縮嗎？

正如我們?cè)谇懊嬉呀?jīng)指出的那樣，宇宙空間不可能在宇宙常數(shù)或物質(zhì)引力的直接作用下發(fā)生膨脹或收縮，除非它們排斥或吸引的是空間中的物質(zhì)。宇宙間的物質(zhì)在宇宙常數(shù)的斥力及物質(zhì)本身引力的共同作用下，可能會(huì)獲得暫時(shí)的平衡。但是這樣一個(gè)暫時(shí)平衡的宇宙顯然是不穩(wěn)定的，因?yàn)橹灰幸粋€(gè)適當(dāng)?shù)臄_動(dòng)，宇宙就可能失去平衡，物質(zhì)會(huì)在斥力或引力的作用下要么飛散，要么聚攏。但這一分析卻只能適用于大爆炸產(chǎn)生的尺度有限的宇宙?？墒侨绻钪婵臻g是無(wú)限的呢？如下的結(jié)論應(yīng)該是可以被我們接受的：在一個(gè)無(wú)限均勻且各向同性的空間中，任意一點(diǎn)在任何方向上所受到的物質(zhì)引力或暗能量（如果真的存在的話）斥力雖然均為無(wú)窮大，但其合引力或合斥力卻都必將為零。正因如此，所有的星系才可能自由自在地懸浮于這個(gè)廣袤無(wú)垠的宇宙空間之中。也正是這樣的宇宙才可能是一個(gè)真正沒(méi)有中心的宇宙，才會(huì)是一個(gè)總體上既不會(huì)發(fā)生塌縮也不會(huì)發(fā)生膨脹的宇宙。

其實(shí)，宇宙空間的特性到底是什

么，大爆炸理論始終沒(méi)有講清這一關(guān)鍵問(wèn)題。比如，宇宙空間似乎有極大的剛性，因?yàn)樗仍试S光波以光速在其中傳播，同時(shí)又能強(qiáng)制攜帶星系隨著空間的膨脹而做高速的加速或減速運(yùn)動(dòng)。但另一方面，它卻又能允許星系在空間中好像沒(méi)有任何阻力一樣自由地穿行，而這樣的例子在宇宙空間中竟然俯拾皆是。比如，我們的銀河系就隨著本超星系團(tuán)等以每秒600千米的速度向一個(gè)巨引源的方向運(yùn)動(dòng)。

看來(lái)，大爆炸理論賦予宇宙空間的這一特性比已被人們逐漸忘卻的“以太”還要神奇。因?yàn)榭臻g在顯示其極大剛性（或幾乎不存在任何阻力）的同時(shí)，竟然可以不用像“以太”那樣，需要對(duì)物體運(yùn)動(dòng)速度的大小做任何相互矛盾的限制（從零速到超光速）。