Academia Arena 205;7(8) 们的宇宙包含有其他无限多个宇宙, 或称 O 型区域, 其中历史是交替播放自己 [ 注 33] 957 年, 休埃弗雷特 (Hugh Everett)[ 注 34-35] 解释说 :

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烛智黄
7 years ago
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1 Academia Arena 205;7(8) 宇宙的奇点丘乔羽博士摘要 : 宇宙学家已经开发了许多理论来探索宇宙的起源这些理论主要有三个分支, 即 : 科学宇宙学, 哲学宇宙学和神学虽然所有的这些现存的理论已经非常接近答案了, 但是每一种理论都有其自身的不足之处科学宇宙学无法解释 ---- 为什么在宇宙的奇点, 物理学中所有的已知定律都会失效哲学宇宙学困惑于宇宙的创造者不可能是宇宙本身神学面临同样的困境 ---- 上帝如果存在于宇宙中的话, 那么他 ( 或她 ) 会成为宇宙的一部分甚至是整个宇宙, 就会出现了自己成为自己的制造者的矛盾综合考虑所有这些现存的理论中的优缺点, 我在此略去物理学中所有的已知定律, 利用纯数学函数计算来解决这个问题我的计算结果表明 : 存在一个宇宙的奇点有趣的是, 该奇点是负宇宙!!! 这一结果可能就是宇宙的第一推动力了 [ 丘乔羽. 宇宙的奇点. Academ Arena 205;7(8):53-57]. (ISSN X). 2 一简介人类一直以来都在不断努力地探索着我们宇宙的起源上个世纪, 宇宙学家已经迅速建立起来了无数的理论体系从不同的观点出发, 宇宙学可以分为三个主要分支, 即 : 科学宇宙学, 哲学宇宙学和神学早在 97 年, 亚历山大弗里德曼 (Aleander Friedman) 已经提出了宇宙是起源于一个奇点, 并在不断地膨胀 [ 注 ] 中 95 年, 爱因斯坦 (Albert Einstein) 建立了他的广义相对论 [ 注 2] 他感兴趣的是重力[ 注 3-8] 重力会使宇宙坍塌成一个奇点 [ 注 9-2] 然而, 物理学中所有的已知定律都会在奇点失效为了解决这个问题, 爱因斯坦发明了一个宇宙常数 : 假设了存在一个大尺度的排斥力, 从而阻止了宇宙的坍塌根据这个假设, 他没有能够找到宇宙的起源的答案 983 年, 詹姆斯哈特尔 (James Hartle) 和霍金 ( Stephen Hawking) 建立起了量子宇宙学 [ 注 3] 他们建议: 可以用宇宙波函数来解释整个宇宙, 如同在量子力学中波函数应用到基本粒子一样根据这种方法, 在宇宙的早期, 过去和未来之间的区分也就失效了为了发展相对论, 霍金开发黑洞理论 [ 注 4-27] 然而, 在经过运用各种不同的黑洞的定律之后, 他仍然没能突破奇点这一屏障 988 年, 他在他的著作时间简史中猜测 : 黑洞并不是那么黑 [ 注 28] 彭罗斯- 霍金定理 (Penrose-Hawking) 指出 : 任何物体经过重力坍缩后必将最终形成一个奇点由此可见, 奇点问题依然是探索宇宙起源的障碍埃德温哈勃 (Edwin Hubble) 在 20 世纪 20 年代发现星系的光会红移星系的光的红移是和距离成正比的 ( 如 : 从亮度来推断 ) 对于观察者来说, 除了星系远离观察者的速度之外, 没有其它原因会引起星系光的红移所以哈勃得出结论 : 星系在远离我们, 并且离我们越远速度越快因此, 总的来说宇宙是在不断膨胀扩大如果把时间往回倒退的话, 宇宙最终应该是起源于一个奇点这方面的证据支持了大爆炸理论大爆炸理论认为, 整个宇宙起源于大约亿年前的一次宇宙爆炸正是由于这个事实, 所以物理学家们希望可以回到大爆炸之前那么, 就有可能解释我们宇宙的起源了例如, 什么是宇宙的第一推动力? 遗憾的是 : 不可能通过做实验来测试宇宙是如何被创造的爱德华特赖恩 (Edward Tryon) 首次提出 : 宇宙可能是一个真空的扰动 [ 注 29], 本质上是什么都没有亚历山大维兰金 ( Aleander Vilenkin) 也谈到 : 宇宙的起源几乎一无所有 ; 就是说 : 没有物质, 没有空间和没有时间 ; 然后从非空状态量子通道过渡而来的宇宙 [ 注 30] 有宇宙可能是一个真空的扰动而来的想法的另一个鼻祖阿兰古斯 (Alan Guth) 指出, 宇宙的开端是什么都没有, 一个没有空间或物质的纯真空, 然后受量子的不确定性, 引起而成 ; 这样的话, 宇宙就从纯真空出来, 并消失回纯真空中去 [ 注 3] 以上诸论, 他们都正越来越接近找到宇宙的最初起源的答案了, 除了奇点这个问题之外宇宙学家詹姆斯 E 皮布尔斯 (P. James E. Peebles) 说 : 有强有力的证据表明, 大部分的质量在宇宙中并不是我们所看到的东西, 必然会有某种未知的暗物质 [ 注 32] 的存在尽管如此, 我们知道 : 暗物质作为宇宙的一部分 ( 如果存在的话 ) 也不可能是宇宙的创造者最近, 维兰金 (Vilenkin) 和乌梅 ( Jaume Garriga) 建立了多世界一体的理论, 即 : 我 53

2 Academia Arena 205;7(8) 们的宇宙包含有其他无限多个宇宙, 或称 O 型区域, 其中历史是交替播放自己 [ 注 33] 957 年, 休埃弗雷特 (Hugh Everett)[ 注 34-35] 解释说 : 宇宙可能的状态不会坍塌, 但宇宙不知何故会分开成可容纳各种可能性在一个新的世界中布莱斯德威特 (Bryce DeWitt)[ 注 36] 和大卫德彻 [ 注 37] 甚至声称 : 每次我们做一些事情, 或每个时间的东西, 不管多么小, 在变化的宇宙中, 都生成一个新的宇宙因此, 每一时每一刻都有百万千万个新宇宙正在被创建这样的话问题就来了, 如果我们要分辨千万个宇宙的差异, 那么, 如何去区分这些不同宇宙的边缘呢? 于是我们又回到了奇点这一问题哲学宇宙学家们一直在掂量着两个事实 : 首先, 我们的宇宙是存在着的 ; 其次, 它是以一种独特的方式存在摆在哲学家面前的挑战是 : 什么是可以无中生有的? 例如, 蒂莫西费里斯 (Timothy Ferris)[ 注 38] 就指出 : 量子宇宙学家们要面对三个基本问题 : 什么是宇宙的第一推动力? 什么是可以无中生有的? 什么是可以无穷回溯的? 哲学宇宙学所面临的最严峻的考验就是 : 宇宙中的任何事物都只是宇宙的一部分, 都不可能成为宇宙的第一推动力从而, 这又引出了宗教问题圣经开篇第一章就是创世纪上帝创造宇宙用了六天, 第七天休息物理学家弗兰克 (Frank Tipler) 在他的著作不朽的物理中指出 : 所有的神学要么是纯粹的胡说八道, 要么最终的神学必须成为物理学的一个分支原因很简单, 宇宙被定义为所有的存在, 所有的实体因此, 根据定义, 如果上帝是存在的话, 那么, 他 ( 或她 ) 就必然是这个宇宙或者是这个宇宙的一部分物理学的目标就是弄明白这个宇宙现实的终极的本质如果上帝是真实的, 那么物理学家就会最终找到他 ( 或她 ) [ 注 39] 从这一点来看, 上帝似乎是非宇宙的佛教认为 : 大千世界, 四大皆空 ; 本来无一物, 何处惹尘埃, 宇宙本来是没有的! 现在的一切事物都是过眼云烟, 最终宇宙回归空无物理学家查尔斯汤斯 (Charles Townes) 认为 : 如果我们仅从科学的观点 [ 注 38] 来探索的话, 宇宙起源的问题似乎永远没有答案对于科学, 哲学和神学来说, 宇宙起源问题是这三种宇宙观共同要面对的难题我们能否结合这三种宇宙观来找到答案呢? 目前已经有的共识是 : 宇宙是不完全各向同性的或均匀的所有的宇宙观都一致认为, 宇宙的形成不应该是宇宙本身或它的一部分现在是时候去探索非宇宙了二分析根据哈勃 (Hubble) 的发现, 到目前为止最能被广泛接受的宇宙观就是宇宙大爆炸理论了大爆炸宇宙学假设, 在一个时刻, 宇宙所有的物质都是位于空间中的一个点, 也就是说宇宙会有一个奇点在宇宙开始的时刻, 时间为零 (t = 0) 时, 可能会有什么事件发生呢? 或者什么是宇宙的第一推动力呢? 让我们来假设这个未知事件为宇宙开始时刻的边界条件是 :. 大爆炸之前是没有宇宙的 ; 2. 大爆炸之后宇宙就存在了 ; 3. 未知事件 X 在大爆炸那一刻发生了该模型可以描述如下 : 空无 (t<0) 大爆炸 (t=0) 宇宙和 X (t> 0) 用一个纯数学方程式来表示 t = 0 时的该模型就是 : 0 U () 其中 U 是宇宙, 和是未知事件解方程 (), 人们可以很容易获得如下结果 : U (2) 由此可知, 未知事件是负宇宙根据大爆炸宇宙学理论的假设, 负宇宙应该就是所谓的奇点了有一个简单的数学函数来描述奇点 p (3) 这个函数有一个奇点在 = 0 上面的第一个边界条件告诉我们 lim 0 t 0 (4) 其中,t 是时间因此, lim p lim (5) 宇宙的起源开始于约亿年前从那时起, 宇宙一直在不断膨胀因此, 奇点应该离我们很远我们的参照框架是地球因此, 有理由相信, 奇点位置是离地球无限远因此, 等式 (3) 中,p 应该可以看作是负宇宙的位置函数 ( 相对于地球来说 ) 有了负宇宙的位置函数后, 人们可以计算它的面积了 d S pd ln C (6) 其中 S 为负宇宙的面积, 和 C 是常数进一步, 也可以得出负宇宙的的体积 : 54

3 Academia Arena 205;7(8) V ln Sd C d ln C C (7) 其中 V 是负宇宙的体积, 和 C 是常数根据边界条件, 我们可以得到负宇宙的面积 S 的值和负宇宙的体积 V 的值了将等式 (4) 代入方程 (6), 可得 lim S lim ln C (8) 负的符号代表负宇宙再将等式 (4) 代入方程 (7), 可得 lim V lim ln CC C t 0 (9) 再用边界条件来解决该常数 C 在大爆炸那一刻, 宇宙的体积是零通过平衡宇宙和负宇宙之间的值, 在大爆炸 (t = 0) 时, 负宇宙的体积应该也是零这样一来, 方程 (9) 变为 lim V C 0 t 0 (0) 三讨论等式 (2) 是本文的一个显著的突破有一个非宇宙或叫负宇宙的存在等式 (0) 揭示了负宇宙是一个奇点这就从理论上证明了大爆炸宇宙学的假设是正确的反过来, 在 20 世纪 20 年代埃德温哈勃发现的星系的光线红移, 是从观测的角度证明了宇宙在膨胀理论和实验结果两者都能够证明 : 负宇宙奇点理论是解决宇宙起源问题的关键等式 (5) 告诉我们, 负宇宙奇点的位置, 距离地球无限远虽然人类无法观察到负宇宙奇点, 但理论计算结果已经证明了有一个宇宙的边缘这是一个常识 : 宇宙的边缘和宇宙的外面一定不是宇宙本身也就是说负宇宙是非宇宙的, 是宇宙的边缘和外面等式 (8) 说明了负宇宙的面积是负无穷大就是说无论宇宙有多么的广阔, 其边缘都可以覆盖整个宇宙而负的符号表示是负宇宙等式 (0) 表示负宇宙的体积是零这与传统观念是相反的传统观念以为 : 宇宙非常广阔, 它的外面就应该是要远远大于宇宙本身的事实却恰恰相反 : 负宇宙只是一个点, 而我们的宇宙是没有边缘的外部的从方程 (0) 可以得出结论 : 我们的宇宙是独一无二的综上所述, 负宇宙模型克服了所有现存的三种宇宙理论的障碍科学宇宙观能够接受一个所有物理定律都失效的奇点存在哲学宇宙论也满意宇宙起源来自于外因, 而不是来自于宇宙自己本身神学也可以自豪地宣布上帝并不是宇宙的一部分佛教理论也与科学理论相通当爱因斯坦在 96 年写他的广义相对论时他感觉到 : 宇宙的静态是如此强烈, 而他的公式却显示宇宙应该是在膨胀, 或者在收缩重要的问题是 : 重力是否能够减少膨胀率? 为了平衡这个膨胀率, 他引入了一个宇宙常数来使宇宙达到静态然而, 他无法解释的问题是 : 不明原因正在使宇宙加速膨胀负宇宙模型提供了解释的机会, 从而可以完善广义相对论的理论该加速度来自负宇宙 P. 詹姆斯 E 皮布尔斯 (P. James E. Peebles) 认为 : 宇宙必定会有某种未知的暗物质 [ 注 32] 存在暗物质如果存在的话就会增加宇宙的引力从而降低了膨胀率这样一来就与宇宙是在加速膨胀的情况相反了负宇宙模型提供理论武器, 对未知的暗物质作进一步研究暗物质可能就是负宇宙奇点爱德华特赖恩 (Edward Tryon) 等人意识到, 宇宙可能会从空无 [ 注 29-3] 中来他们曾试图探索空无创世的原因, 但失败了该负宇宙模型给出了理论来支持他们的假定负宇宙奇点创造了宇宙斯蒂芬霍金 (Stephen Hawking) 等人运用一系列物理 [ 注 3-28] 的定律, 来描述一个黑洞图像所有物理已知的定律, 只能够解释宇宙的演化, 而不能够解释如何创世任何黑洞 ( 如果存在的话 ) 也只是宇宙的一部分, 不可能成为创世的原因这就是为什么所有物理已知的定律在奇点失效的原因另一方面, 早期宇宙的重力应大于一个黑洞的引力哈勃望远镜能观察到从早期的宇宙发来的光早期宇宙尚且不能阻止光的传播, 为什么黑洞可以阻止光的传播呢? 很显然, 重力不是阻止光的传播的原因负宇宙模型提供了理由, 可以克服这个问题负宇宙奇点可以消灭任何物体, 甚至宇宙, 当然也就包括光了维兰金 (Vilenkin) 等人想像的是 : 有众多世界或多重宇宙的情形 [ 注 33-37] 但是, 他们不能区分众多宇宙之间的边缘划分该负宇宙模型能够给他们提示在宇宙的边缘应该是非宇宙的了, 或者称之为负宇宙负宇宙模型甚至也是相信上帝存在的一个理由虽然人类无法看到负的宇宙, 但它是存在的人们应该想象一下, 上帝是非宇宙的, 是具有超凡能力的, 上帝可以创世, 也可以毁灭宇宙 55

4 Academia Arena 205;7(8) 佛教理论其实与科学是相通的, 只不过是释迦莫尼在菩提树下冥想七天七夜悟出来了因为没有推导过程, 所以佛教理论被人们神化了爱因斯坦也说过, 佛教最接近科学很多科学家信仰宗教, 也是这个道理让我们来总结一下上面的理论所有现存的宇宙论都有自己本身的优势人类的发展从不同的角度出发, 建立起了许多理论观点来描述宇宙的开端事实的正确答案应该只有一个如果一个理论是正确的话, 那么它就应该获得这个唯一的正确答案负宇宙奇点理论与所有现存的宇宙论达成了完美的共识负宇宙奇点理论可以从理论上证明哈勃的发现是有理论根据的反之亦然, 哈勃的观测是从实验证据方面验证了负宇宙模型是可信的负宇宙奇点是解决宇宙起源问题的最终答案四结论有一个宇宙的奇点存在所有物理学的定律在宇宙奇点处失效宇宙的奇点是非宇宙的 ; 它是宇宙的边缘 ; 它的位置离地球无限远 ; 它的面积是负无穷大 ; 它的体积为零同时它也是宇宙的第一推动力我们的宇宙没有边缘的外部, 因此我们的宇宙也就是独一无二的了参考文献 : 注. Friedman, A. Über der Krümmung des Raumes. Zeitschrift für Physik (922). 注 2. Einstein, A. Relativity The Special and the General Theory, (96). 注 3. Einstein, A. & Rosen, N. On gravitational waves. Journal of the Franklin Institute 223, (937). 注 4. Einstein, A., Infeld, L. & Hoffmann, B. The gravitational equations and the problem of motion. Annals of Mathematics 39, (938). 注 5. Einstein, A. & Infeld, L. The gravitational equations and the problem of motion. II. Annals of Mathematics 4, (940). 注 6. Einstein, A. A Generalization of the Relativistic Theory of Gravitation. Annals of Mathematics 46, (945). 注 7. Einstein, A. & Straus, E.G. A Generalization of the Relativistic Theory of Gravitation.2. Annals of Mathematics 47, (946). 注 8. Einstein, A. A Generalized Theory of Gravitation. Reviews of Modern Physics 20, (948). 注 9. Einstein, A. & Straus, E.G. The Influence of the Epansion of Space on the Gravitation Fields Surrounding the Individual Stars. Reviews of Modern Physics 7, (945). 注 0. Einstein, A. Correction. Reviews of Modern Physics 8, (946). 注. Einstein, A. & Infeld, L. On the Motion of Particles in General Relativity Theory. Canadian Journal of Mathematics-Journal Canadien De Mathematiques, (949). 注 2. Einstein, A. The Advent of the Quantum Theory. Science 3, (95). 注 3. Hartle, J.B. & Hawking, S.W. Wavefunction of the Universe. Physical Review D 28, (983). 注 4. Hawking, S.W. Wormholes in Spacetime. Physical Review D 37, (988). 注 5. Hawking, S.W. & Laflamme, R. Baby Universes and the Non-Renormalizability of Gravity. Physics Letters B 209, 39-4 (988). 注 6. Hawking, S.W. & Page, D.N. How Probable Is Inflation. Nuclear Physics B 298, (988). 注 7. Hawking, S.W. Inflation Reputation Reparation. Physics Today 42, 5-& (989). 注 8. Hawking, S.W. Black-Holes from Cosmic Strings. Physics Letters B 23, (989). 注 9. Hawking, S.W. Gravitational-Radiation from Collapsing Cosmic String Loops. Physics Letters B 246, (990). 注 20. Hawking, S.W. Events in Time. Parabola- Myth Tradition and the Search for Meaning 5, (990). 注 2. Hawking, S.W. Baby Universes. Modern Physics Letters A 5, (990). 注 22. Hawking, S.W. & Page, D.N. Spectrum of Wormholes. Physical Review D 42, (990). 注 23. Hawking, S.W. The Beginning of the Universe. Primordial Nucleosynthesis and Evolution of Early Universe 69, (99). 注 24. Hawking, S.W. The No-Boundary Proposal and the Arrow of Time. Vistas in Astronomy, Vol 37, Pts -4 37, (993). 注 25. Hawking, S.W., Laflamme, R. & Lyons, G.W. Origin of Time Asymmetry. Physical Review D 47, (993). 注 26. Hawking, S.W., Horowitz, G.T. & Ross, S.F. Entropy, Area, and Black-Hole Pairs. Physical Review D 5, (995). 56

5 Academia Arena 205;7(8) 注 27. Hawking, S.W. & Ross, S.F. Duality between Electric and Magnetic Black-Holes. Physical Review D 52, (995). 注 28. Hawking, S. A Brief History of Time, (988). 注 29. Tryon, E.P. Is the Universe a Vacuum Fluctuation. Nature 246, (973). 注 30. Vilenkin, A. & Shellard, E.P.S. Cosmic strings and other topological defects (2000). 注 3. Guth, A.H. Inflationary universe: A possible solution to the horizon and flatness problems. Physical Review D 23, 347 (98). 注 32. Peebles, P.J.E. Principles of physical cosmology. (993). 注 33. Garriga, J. & Vilenkin, A. Black holes from nucleating strings. Physical Review D 47, 3265 (993). 注 34. Crease, R.P. The father of parallel universes. Nature 465, 00 0 (200). 注 35. Byrne, P. The Many Worlds of Hugh Everett III: Multiple Universes, Mutual Assured Destruction, and the Meltdown of a Nuclear Family (982). 注 36. DeWitt, B. & Graham, R.N. The Many- Worlds Interpretation of Quantum Mechanics. (973). 注 37. Deutsch, D. The Structure of the Multiverse. (200). 注 38. Ferris, T. The Whole Shebang. (997). 注 39. Tipler, F. The Physics of Immortality (994). 本文的英文版发表于 :Academia Arena 205;7(7) 英文版链接 : 英文版发表日前 :205 年 7 月 9 日联系作者 :qiaoyuqiu@gmail.com 8/6/205 57

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Microsoft Word - bigbang.doc 1.2 大爆炸宇宙学大爆炸宇宙学(Big Bang Cosmology)是由勒梅特(Georges Le Maitre) 伽莫夫 (George Gamow)等人提出的一种学说他们根据广义相对论统计热力学以及天文学上观测到的宇宙膨胀现象推论,我们所处的宇宙其存在的时间是有限的早期的宇宙曾处在高温度高密度的状态下随着宇宙膨胀其温度密度逐渐降低并最终形成我们今日所见的宇宙英国科学家霍伊尔(Fred

Academia Arena 205;7(8) 们的宇宙包含有其他无限多个宇宙, 或称 O 型区域, 其中历史是交替播放自己 [ 注 33] 957 年, 休 埃弗雷特 (Hugh Everett)[ 注 34-35] 解释说 :

Academia Arena 205;7(8) 们的宇宙包含有其他无限多个宇宙, 或称 O 型区域, 其中历史是交替播放自己 [ 注 33] 957 年, 休埃弗雷特 (Hugh Everett)[ 注 34-35] 解释说 :