当代宇宙学危机:是什么?为什么?

量子认识 2023-05-08 16:08:53

宇宙学,是对宇宙整体的研究,并且延伸探讨到人类在宇宙中所处的地位。宇宙学这个词是过去不久才有的,但实际上人类对宇宙的研究已经有很长很长的历史,涉及到科学、哲学、神学以及宗教。

当前,科学家们在谈论宇宙学时遇上了一个很大的难题,许多科学家认为当代宇宙学处于一种危机之中。

这是一种什么样的危机?为什么会有这样的危机?这里我们尽量用通俗的语言简单解释。

牛顿力学创立以后,建立了经典宇宙学。到了20世纪,在大量天文观测数据和现代物理学的基础上产生了现代宇宙学及其较为公认的宇宙学标准模型。

宇宙学标准模型

现代物理宇宙学以大爆炸理论为主导,建立起了宇宙学标准模型。大爆炸理论是将观测天文学和粒子物理学相结合而建立起来的。具体来说,宇宙学标准模型是建立在大爆炸与暗物质和暗能量的标准参数化的基础上形成的一套理论体系模型。

这个模型,科学家们又具体地称为Lambda-CDM模型,或ΛCDM模型,或直译为Lambda冷暗物质模型,其中Λ意为大爆炸宇宙学模型的参数,一个与暗能量相关的宇宙常数,用Lambda(希腊语Λ )表示,假设冷暗物质(Cold Dark Matter,CDM)。

科学家们无法直接观察到暗物质,但理论和观测之间的矛盾告诉天文学家,无论它是什么,这种物质都不会以相对论的速度移动。它必须是移动较慢的东西。换句话说,暗物质是“冷的”。进一步的观测表明,暗物质构成了宇宙物质的绝大多数。大约85%的宇宙质量是暗的。

利用遥远的超新星,天文学家在1990年代发现宇宙的膨胀正在加速。这意味着整个宇宙必须充满一种看不见的能量形式,而这种能量正在推动宇宙扩充。这种暗能量占宇宙总能量约75%。

这个理论体系模型,包含着千千万万的科学家的辛勤努力,一直可以追溯到牛顿和爱因斯坦。

这个标准模型描述了科学家们所观察到的一些宇宙属性,譬如:宇宙微波背景的存在和结构,星系分布的大尺度结构,观察到的氢(包括氘)、氦和锂的丰度,从遥远的星系和超新星发出的光中观察到的宇宙加速膨胀,等。

宇宙学标准模型告诉我们宇宙的历史,在大爆炸后大约40万年,电子和质子相互发现并产生了第一个氢原子。在此之前,它们一直与即将成为宇宙微波背景辐射的光子一起自由奔跑。一旦这种组合成氢的情况发生,宇宙主要由这些原子组成的相当光滑的气体,周围也有一些氦,以及残留的背景辐射组成。

其中,引力可能在氢气中密度过高的小区域的扰动中发挥作用,慢慢地使它们坍缩形成第一批恒星。正是在这些仅由氢和氦组成的第一批恒星内部,核聚变开始形成我们今天所知的所有重元素。碳和氮等元素在星系形成过程中起着重要作用。这是因为这些元素可以从周围的气体中吸收热量并发射光子来冷却这种气体。这个冷却过程对于帮助气体聚结成星系至关重要。

最终,这些第一代恒星爆炸,由此产生的超新星为环绕它们的气体注入了重元素。每颗超新星以及正在形成的黑洞将紫外线辐射入宇宙。从氢原子中剥离电子,使宇宙对紫外线辐射越来越透明。在宇宙经历了几代恒星之后,周围有足够的重元素和紫外线辐射来滋养星系的形成。恒星和大量气体坍缩成受引力束缚的实体,将这些第一批星系聚集在一起。

宇宙学的危机

宇宙学标准模型较好地描述了科学家们所观察到的宇宙现象的一些关键部分。但是,当它被置于膨胀宇宙的背景下时,问题就来了。

宇宙学的标准模型为天文学家提供了一种方法,可以将观察到的星体距离以红移表示,与它们相对于大爆炸的年龄,即有多少年,这两者联系起来。星体或星系的距离是通过观察来衡量的客观数据,这是不能随意修改的。

但是另外一方面,宇宙的年龄是来自推测的理论。在爱因斯坦的广义相对论的指导下,科学家采用现在的宇宙膨胀模型,并将我们对星体或星系物质的认知结合在一起,这与粒子物理学中的标准模型的描述统一。这些组合使科学家认知宇宙的距离或红移如何与宇宙年龄联系在一起,从而有了自大爆炸以来的时间。

像哈勃、詹姆斯·韦布等空间望远镜,观察到了星系处于红移状态,因此宇宙的年龄比宇宙学标准模型所预测的要多得多。

特别是,通过最近韦布望远镜的新的图像数据,天文学家们正探索到非常非常遥远的地方。观测宇宙的一个特定的、遥远的距离,意味着的是我们在回望过去,是在回顾非常非常久远的过去。

宇宙始于大爆炸。根据标准模型的宇宙年龄是,红移关系告诉我们如何将观测到的距离转换为大爆炸后的时间。

但是,这些第一批星系的年龄,与年龄-红移关系告诉我们它们形成的时间,并不匹配。一些看起来结构很好的星系出现的时间还要早得多,宇宙标准模型解释不了。即使对宇宙标准模型予以修改,包括如:修正牛顿动力学(MND)、熵引力(Entropic gravity)、修正引力(Modified gravity)、宇宙物质密度大尺度变化理论、双度量引力(Bimetric gravity)、真空尺度不变性(Scale invariance of empty space)和衰变暗物质 (Decaying Dark Matter,DDM)等修正理论模型,仍然难以解释与说明这个问题。

宇宙学的大爆炸模型向我们展示了一个不断扩大的宇宙,而不是静止、永恒不变的。这一点为许多天文学家普遍接受,没有受到任何严重的质疑。

韦布望远镜的令人信服的新观察结果使许多科学家们感到质疑的是,宇宙学标准模型或其它修改模型,对于宇宙的演化历史存在着相当大的问题。

所以,许多科学家们认为,当代宇宙学处于一种危机之中,现代宇宙学理论模型需要进行重大的更新。但所面临的真正问题是,如何更新?需要进行多少、或进行怎么样的更新?

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评论列表
  • 2023-05-10 12:43

    自发裂变反应的预测和发现,是原子能利用的直接原因。与爱因斯坦有啥关系?质量亏损是他发现的吗?不知道他如何将沙子变成能量?如何将能量变成质量? 篡改美女“动能公式(天天到处用)”把她变性成和尚“质能公式(骗人用,电子与质子质能如何等价?)”…那个莫名其妙的能量是动能还是势能?——解释光电效应?物理机制根本木有涉及,对光谱特性,对光电子能量分布,对偏振和温度影响等都不能解释。是半知乱解,害大于利(笨蛋好于坏蛋)。对比牛顿对“引力”必要充分的严谨归纳,是不是荒唐的笑话???——原来他还干过采用牛顿引力常数否定万有引力定律的丑事!——相对论篡改洛伦兹变换,洛伦兹遗憾的说“对于我,只有真正的时间,。。。都是爱因斯坦干的(破坏时间基本概念的荒唐事?)”

  • 2024-05-21 07:01

    以2003年初霍金先生迷途知返宣布放弃万有理论,并说要站在世界历史科学巨人的肩膀上看宇宙,以此为历史座标点,历史地宣告西学原始基础理论体系及其衍生的奇点大爆炸创生宇宙观均走到历史尽头。21世纪应历史地回归中华国学自古以来就认定的循续生宇宙观,思辨融悟创新发现宇宙是续生而不是创生,一字之差揭示了国学宇宙观与西学宇宙观的根本分歧点。详见《守正创新国学现代化》一文。龚木益

  • 2023-05-10 12:42

    (理论推测地球生物大灭绝)photon energy and photon behavior discussions 光是电磁粒子。危险在于,太阳发射更多负光子将导致其正的静电持续增大(十分缓慢但不可逆转),到了一定阶段,地球太阳距离处于低谷,太阳静电斥力破坏它的结构稳定。大量伽马射线(正光子)射向地球,伴随陨石,生物大灭绝。然后地球带正电,地磁反转,地球因电磁力反向远离太阳,漫长冰河期。。。不断周期循环。下一个冰河期已经不远了,观测太阳的变化很重要………行星间的磁力是不是它们平面力平衡运动的关键决定因素?————如果伽马爆时间不长,就有可能设法躲过灭绝灾难。

  • 2023-05-10 15:48

    很辛苦,为了批判人类公敌——骗子。不奢求鼓励,但求真诚反驳!!!!!! ————创造公设,太阳公鸡睡觉相对性原理:“公鸡睡觉太阳就睡觉”。…………能不能证明???证明一万次有用吗???

  • 2023-05-10 12:35

    当代宇宙学危机是西学科学家的奇点大爆炸创生宇宙观的危机,它违背了宇宙自然客观事实与规律,而一直无法自圆其说。龚木益

  • 2023-05-10 12:43

    质量随相对速度变化也很有趣!!!————相对速度无穷多,每个质量体的质量有无穷多个吗?地球相对光子的质量是啥子?静质量到底是哪个呢???速度有方向性,难道各个方向质量不同??? ————用数学等效质量也是笑话:等效与物理机制两码事 1+1=2不是说1人喝1杯水变成2,地球上发射火箭也不同于火箭上发射地球。————科学是观测发现自然的“如何”?不是解释自然“为何”?几何演绎是从符合经验的公设出发,演绎出具体的规律结论。悖论斯坦创造公设然后证明公设、演绎出公设、推翻已有公理。蛤蟆学水牛没学会,却要欺世盗名、骗。

  • 2024-05-18 11:27

    悖论斯坦,背叛数学由公理演绎证明特称命题的传统,号称证明全称命题公设公理。以光速不变假说祸害相对速度公理,祸害绝对时空,祸害能量质量引力等物理基本概念和认知方法,以二象性祸害自然科学的核心根基——确定性。祸害数学,祸害物理,终身搞骗,祸害极大极深极广。………是恶贯灵魂的彻底的人类公敌!!!狗屎都有用,欺骗有啥用?迷信蔑视自然的悖论斯坦,瞎搞科幻假说,人类将无法逃脱第六次地球生物大灭绝。———假说科幻骗子招摇过市,自然科学的基础就玩完了!

  • 2024-05-18 11:28

    观测归纳是经典物理,不确定/概率/不知道/假说/的东西也成了物理???用数学与创造假说当物理研究未知的大笑话。撒网捕鱼只能是概率,鱼摊买鱼是计算(物理公理已知)。观测树上苹果数量是确定的,猜测树上苹果数量当然不确定。不确定是观测属性,不是运动属性。哪里会有荒唐的测不准原理???鬼扯的光速不变,具有无穷的运动精度!胡编的测不准原理,居然与光速不变是同伙!!!创造假说宏观微观不同?相对速度哪有谁高谁低?笑死人。精度高低是观测能力问题不可能是真理,也不能否定真理。自然的有无才是真。骗子当然能猜中骰子,号称证明公理公设必然是骗!

  • 2023-05-22 01:44

    群体加油术

量子认识

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