浅谈宇宙的膨胀与收缩

浅谈宇宙的膨胀与收缩

摘要：本文认为宇宙是从收缩转化为膨胀的过程中诞生的，宇宙不是起源于“奇点”，也不是从绝对的“虚无”中创生的。宇亩演化向上发展的基本特征是膨胀占据矛盾的主导方面，从而使宇宙发生辐射温度从热到冷、物质密度从密到稀的变化，并改变着物质成分，推动宇宙从一个阶段过渡到另一个阶段。宇宙演化的基本规律是循环，它是由收缩和膨胀的相互转化造成的。

关键词：宇宙膨胀收缩

本文试图运用自然辩证法中吸引（收缩）与排斥（膨胀）这对范畴与大爆炸宇宙论的科学成果来分析宇宙的起源与演化过程，目的在于证明，在宇观物质层次上辩证法的规律也是自然界实在的发展规律。这里讲的“宇宙”是指“我们的宇宙”、“观测宇宙”，即总星系，是有限的宇宙，与哲学上讲的宇宙即无限的宇宙是不同的。

一、宇宙起源于收缩转化为膨胀

关于宇宙的起源，目前存在有以下几种看法:

第一种观点，认为我们的宇宙起源于“原始原子”或“原始火球”。1932年，勒梅特根据观测到的红移现象提出了宇宙膨胀的思想，并在这个基础上逆推回去，进一步探索宇宙的起源问题。他认为宇宙的全部物质，最初聚集在一个很小的“原始原子”里，它的密度极大，很不稳定，因而发生了蜕变，于是物质便向四面八方散开，产生了一个至今还在膨胀的宇宙。四十年代末，伽莫夫发展了勒梅特的思想，提出宇宙起源于一个温度和密度都高的“原始火球”。那里的物质以基本粒子形态出现，在基本粒子的相互作用下，发生一次巨大的爆炸，并且向四面八方均匀地膨胀下去。

第二种观点，认为宇宙起源于“奇点”。1970年，英国物理学家霍金从理论上严格证明了，在广义相对论中，“奇点”是不可避免的东西，致使许多大爆炸宇宙学的支持者认为，宇宙的起点是“奇点”，并且主张用“奇点”来描述“原始原子”或“原始火球”。所谓“奇点”，根据广义相对论是说，宇宙过去曾经有过这样的初始状态，那时候宇宙的年龄t=0，字宙的曲率半径R=0，宇宙的物质密度P=∞。这就是说，“奇点”是一个没有大小的几何点。t=0尚可以理解，因为“我们的宇宙”是有限的，任何有限的事物都有自己的发生和发展的历史，我们当然也可以把宇宙诞生时刻取做t=0。但是对R=0和P=∞的情形却是无法解

释的。因为不可能出现密度为无限大的所有的物质，最初都聚集在一个几何点里。因此“奇点”问题给大爆炸宇宙学带来很大的困难，因而遭到不少人的反对。例如，宇宙学家纳里卡认为，“S=0的物理意义是什么？回答是：在宇宙时间轴上标着t=0的时候，任何两个星系的距离是零。因此整个宇宙的体积为零。事实上是说，在零时刻的一次巨大爆发（因此叫‘大爆炸’）中，整个宇宙突然出现了。眼前星系都在退行就是这一时期激烈活动的迹象。但是，这个大爆炸是怎样发生的？为什么在这个时刻发生？在这以前又怎样？t=0以前物质存在吗？还是物质产生于这次大爆炸？如果是后者，那么物质是如何在明显违背物质和能量守恒定律的情况下产生出来？”温伯格甚至明确地指出：“宇宙从来就没有真正达到过无限大密度状态”。近年来，一些宇宙学家认为，“奇点”已经不能应用包括广义相对论在内的已知的物理规律，人们正在建立一种新的物理理论——量子引力理沦，去代替经典广义相对论。

第三种观点认为，宇宙是从“虚无”中创生出来的。1980年以来，美国物理学家古斯在他的爆胀宇宙模型中提出了一种大胆的主张：“膨胀模型最彻底改革的方面，也许是可观测宇宙中的所有物质和能量几乎都可能是从虚无中产生的观点。”这种观点与稳恒态宇宙论提出的宇宙中物质是从虚无中创造的不同之处在于，它是以大统一理论作为根据的。在古斯等看来，观测宇宙具有巨大的重子数和巨大的能量，如果这些重子数和能量仍然遵循守恒定律，那就不能说观测宇宙的物质和能量是从“虚无”中创生的，否则，上述观点就可以成立。古斯指出：第一，随着大统一理论的出现，重子数不守恒似乎是十分可能的，如果这个预言是正确的，那就不存在已知的守恒定律阻碍观测宇宙可以从虚无中演化出来，第二，宇宙中的能量总可以分成为引力部分和非引力部分。其中引力能可以粗略地说是负的，并且可以精确地抵消掉非引力能，使总能量为零。这就同宇宙是从虚无中演化出来是一回事了。

应当看到，爆胀宇宙模型在克服大爆炸宇宙学的一些困难问题（如均匀性问题、平度问题、磁单极问题等）以及在探索宇宙起源问题方面做出了待有的贡献。但是把观测宇宙中的所有物质和能量说成是起源于绝对“虚无”的观点，是不妥当的。即使根据膨胀宇宙模型自身所阐明的理论也得不出这个结论。因为爆胀宇宙模型认为，宇宙在大爆炸之后的10﹣43秒的瞬息中，曾经经历过一个急剧爆胀的短暂时期，这时候发生了从对称的假真空自发破缺到不对称的真真空的一级相变，就如同水冻成冰后放出潜热一样，它也将放出潜热，再一次使宇宙加热，然后再按大爆炸宇宙棋型冷却下去。在从假真空跃迁到不对称的真真空之前，宇宙中的物质是以真空能的形式存在着的，而不是空无一物，只是当一级相变发生时，

真空能才被释放出来，而变成通常的基本粒子态物质。可见，观测宇宙中巨大的物质和能量是从假真空中释放出的能量转化而来的，并且这种真空本身也是一种物质状态，用古斯的话来讲，“叫做假真空的特殊物质状态”所以，宇宙创生于绝对“虚无”的观点是不正确的，如果把这种“无”理解为相对的“无”，即尚未被观测到和认知到的某种特殊的物质形式和能量形式，那么宇宙创生于“无”的观点就无可非议了。

需要指出的是，虽然爆胀宇宙模型也主张宇宙是从原始火球开始的，但是并没有深入地研究过原始火球的来源问题，只是以原始火球这个起点为前提，着重阐明了在大爆炸之后头一秒钟这段时间内，观测宇宙的生成问题。由于它也主张用“点”模型去描述原始火球，因而在研究宇宙起源问题时同样摆脱不了“奇点”的困扰。

大爆炸宇宙模型与爆胀宇宙模型之所以常常陷入困境，除了科学发展水平的限制外，重要原因之一是不善于分析吸引（收缩）与排斥（膨胀）的辩证关系。当我们用这对范畴去考察宇宙的起源时，就会在下述几个方面有所发现。首先，收缩和膨胀是相互联系的、互为前提的。恩格斯说：“一切运动的基本形式是接近和分离，收缩和膨胀”。对膨胀的宇宙而言，它的起源必然有一个收缩过程作为补充，也就是说，在当前，宇宙不仅要经历一个膨胀阶段，而且在过去，它也应该经历过一个收缩阶段。其次，收缩与膨胀不仅是互相联系而且是相互转化的。恩格斯说：“吸引转变成排斥和排斥转变成吸引的过程是经常发生的，可见，观测宇宙就是在收缩转化为膨胀的过程中诞生的。温伯格说得好，“宇宙现在的膨胀可能开始于从前的一次收缩的末尾。”第三，运动和物质是不可分割的，在天体物质中，与收缩和膨胀两种运动的基本形式相对应，存在着两种基本的物质状态，即超密物质状态和弥漫物质状态。不难看出，原始火球这种超密物质，就是在收缩运动转化为膨胀运动中，伴随着弥漫物质状态转化为超密物质状态的过程中产生的。这样，原始火球既是膨胀宇宙的起点，也是收缩宇宙的终点。在这里，起点与终点是辩证的统一，是可以互相转化的。既然原始火球是两种基本物质状态的转折点，那么物质从它的弥漫状态转化为超密状态的过程中，不可能收缩为一个密度为无限大的“点”，只能收缩为一个有限密度的“球”。还是温伯格说得对，“当时宇宙的密度达到了一个非常髙的，但仍然有限的密度。”从而避免了“奇点”的出现。第四，原始火球发生爆炸的内因是吸引与排斥的相互作用。在相当长的时间内，原始火球中的吸引是矛盾的主要方面，排斥是矛盾的次要方面，使宇宙收缩在一个极小的体积内。但是在超髙温、超髙密的原始火球中，吸引与排斥始终激烈地斗争着，因而使原始火球越来越不稳定，在某个时刻，当排斥（因