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时空膨胀的量子化

2018-07-05 18:36:14

    我们所在的银河系是一个“小宇宙”,银河系所在的宇宙是个“大宇宙”,正像我们所在的太阳系是一个“小星系”,太阳系所在的银河系是一个“大星系”。从“小宇宙”的观测和认识延伸到“大宇宙”,正像从“小星系”的观测和认识延伸到“大星系”。对“小宇宙”和“大宇宙”,“小星系”和“大星系”的观测和认识符合哲学结构论和认识论的“等效原理”。由于星系和宇宙处在永恒的运动和变化之中,星系的碰撞与合并,宇宙大爆炸的起源和大膨胀的演变都是一种永恒运动和变化的形式。我们实际上不能绝对精确地测量星系和宇宙的大小,不能精确地了解可观测宇宙包含多少个星系,每个星系包含多少颗恒星和行星,天文学家以现有的观测技术和计算手段为依托,大致探明了星系和宇宙的“家底”。

    银河系的直径大约为10光年,有的天文学家确认银河系的直径为20万光年,银河系大约有2500亿颗恒星,有的天文学家确认银河系包含2000亿到4000亿颗恒星。可观测宇宙大约有1000亿个星系,有的天文学家确定有1000亿到1万亿个星系。星系聚集成大小不一的星系团,每个星系团大约有100多个星系,星系团的直径为数千万光年,星系团聚集成超星系团,超星系团通常包括几个、或数十个星系团,直径达到数亿光年。宇宙的直径大约为930亿光年,有的天文学家确定宇宙的直径大约为920亿光年。1光年大约相当94600亿公里,930光年大约相当87978000亿亿公里。银河系所在的本地星系群大约有50个星系,本地星系群所在的本超星系团大约有100个星系群,本超星系团的直径大约为2亿光年。宇宙的年龄大约为137.5亿年。

    哈勃通过观测星系的红移发现宇宙的膨胀,他最初测量的“哈勃常数”大约为500公里每秒每百万秒差距,这一常数的含义是一个星系与我们之间的距离每增加330万光年(百万秒差距相当于330万光年),该星系离开我们的运动速度将会增加500公里。2013年,欧洲普朗克卫星使命的科学家通过精确测量的宇宙微波背景辐射数据推算哈勃常数为67。约翰·霍普金斯大学和美国太空望远镜科学研究所组成的一支天文团队在亚当·里斯的带领下,使用哈勃太空望远镜和夏威夷的巨型凯克望远镜,他们将超新星作为测量距离的标尺,计算的哈勃常数为73,不同的测量手段和计算模型对应不同的哈勃常数。哈勃常数大意味着宇宙向四面八方扩展的速度更快;哈勃常数小意味着宇宙向各个方向膨胀的速度更慢,我们可以将哈勃常数理解为宇宙膨胀率。时空膨胀率大意味着暗能量更强;时空膨胀率小意味着暗能量更弱。

    科学家早已发现微观宇宙的变化与宏观宇宙的膨胀有惊人的相似之处,量子宇宙和宏观宇宙的时空膨胀机制符合哲学逻辑论的“等效原理”,我们可以将假想的量子宇宙膨胀看成是宇宙大爆炸理论的“第七个证据”,也可以将假设的量子宇宙收缩看成是宇宙大收缩理论的“一个证据”,对膨胀和收缩双向过程的理解符合宇宙哲学的“对应原理”,或者符合物理哲学的“对称性原理”、“反等效原理”。从时空的微观结构、或时空的量子属性来寻找宇宙大膨胀、或宇宙大爆炸的证据,这相当于提出时空膨胀、或时空收缩的量子化问题。物理学家早已提出时空量子化、或量子化时空的构想,就像他们提出了引力量子化、或量子化引力,我们在时空量子化或量子化时空概念的基础上提出延展性的概念,即:时空膨胀量子化或量子化时空膨胀,目的是找到宏观和微观的时空膨胀符合宇宙哲学“等效原理”的解释,为宇宙大爆炸理论寻找“量子动力学”的依据。

    物理学家用“量子泡沫理论”解释量子宇宙时空膨胀的机理。“量子泡沫”是一种虚拟粒子的集合,无数的虚拟粒子在量子时空场“忽进忽出”,形成瞬间产生、瞬间消失的量子涨落,量子时空结构的波动现象就像啤酒泡沫中的泡泡,时空的“量子气泡”显示在量子力学定义的“普朗克尺度”中,它们比原子核的尺寸小了千万亿倍,我们不能以现有的量子技术探测它们的存在。斯蒂芬·霍金用“虚拟粒子理论”解释了著名的“霍金辐射”,我们在这一理论的启发下,可以设想用“虚拟粒子理论”或“量子泡沫理论”来解释宇宙大膨胀的发生。“霍金辐射”得到天体物理实验证实的可能性很小,从天文学家哈勃的发现到现在,宇宙大膨胀得到了天文观测的反复证实。虚拟粒子理论证实的“霍金辐射”和证实的量子宇宙膨胀符合哲学证实论的“等效原理”,因此,宇宙大膨胀的量子化就是“量子泡沫”。

    物理学家用特殊的物质态——玻色·爱因斯坦凝聚体进行实验,将原子的集合体保持在接近绝对零度的状态,他们发现了原子气体的振动,微观的量子力学效应似乎反应了宏观时空的行为,两者诡异的一致性让物理学家将超冷原子的行为和宇宙时空的属性进行对比,他们用玻色·爱因斯坦凝聚体重现宇宙大膨胀的现象,两者受相同数学规律的支配,这说明原子集合的凝聚体和宇宙的时空结构符合哲学数学论的“等效原理”。物理学家构建了由超冷原子组成的“宇宙模型”,在实验室的环境模拟宇宙的膨胀现象,他们采用快速增加球状原子云大小的方法模拟宇宙的暴涨和膨胀。在冷原子凝聚体的实验中使用数十万个原子,它们在非常接近绝对零度时表现了一种波浪状的重叠行为,在原子气体扩张的过程中,原子振动的强度逐渐降低,这似乎预示宇宙在大膨胀过程中光辐射的振动强度随时间流逝而下降。

    量子涨落表示一种在量子时空发生的微小能量波动,从量子泡沫的形成可以揭示宇宙时空变化的宏观行为。物理学家通过量子实验的方法来寻找量子泡沫的证据,这使得量子泡沫成为量子物理学最奇异的谜团之一。物理学家相信一个“量子泡沫”的直径为一个普朗克长度单位,存在的寿命为一个普朗克时间单位。一些物理学家认为,量子泡沫的存在可以通过所谓的“卡西米尔效应”得到证实,荷兰物理学家卡西米尔在1947年发现了以他的名字命名的效应,即:两块在真空中平行放置的金属板发生微小的相互移动。物理学家试图用“量子泡沫”来解释这一效应,由于两块金属板在真空中平行放置,在两块金属板之间和金属板的外侧存在不同数量的量子泡沫,外侧的量子压强高于两块金属板之间的量子压强,两者的压强差导致两块金属板的相互靠拢。

    量子泡沫理论和量子弦理论都在普朗克尺度上探求量子的波动行为,两种理论都假设了量子化时空不光滑、或不连续,可以将微小时空的量子起伏想象成啤酒和肥皂生成的“泡沫”,我们可以认为量子泡沫和弦理论符合哲学概念论的“等效原理”。时空量子化、或量子化时空是宇宙大膨胀或宇宙大爆炸理论的“第七种证明”。量子泡沫理论、弦理论和宇宙大爆炸理论符合哲学时空膨胀论的“等效原理”。宏观时空的大膨胀和微观时空的小膨胀存在奇异的等效性关联。假如量子泡沫理论和弦理论能够揭示宇宙时空膨胀的原因,那么物理学家也将找到“暗能量”的来源,真空量子涨落或能量弦的振动产生具有“暗能量”作用的量子泡沫。宇宙时空的大膨胀可以被形象地理解为当我们揭开啤酒瓶、或汽水瓶的盖子时,啤酒和汽水的泡沫会瞬间膨大并向外冲涌。

 



 2018-7-5  

( Quantization  explaination  to  the  expansion  of  time  and  space )










 


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