接力大爆炸宇宙模型的设想

邱学尧+罗琼

摘 要：现有的标准宇宙模型认为宇宙由奇点爆炸产生，本文对该模型中的奇点密度和膨胀加速动力等方面提出了质疑，并提出了接力大爆炸宇宙模型的设想。接力大爆炸模型认为现有的宇宙由基本粒子连续爆炸产生，可以合理的解释宇宙微波背景辐射、星系红移、星系加速退行、星体自转及公转等问题。根据接力大爆炸宇宙模型可以推导出宇宙中星系的分布、星系退行速度、宇宙的热量分布由爆炸中心向外加大的等推论，同时也提出了几个探索宇宙爆炸中心的建议。

关键词：宇宙大爆炸；奇点；微波背景輻射；星系红移；退行；加速膨胀；自转；公转

宇宙是怎么来的，现有的标准宇宙模型认为宇宙由一个奇点爆炸产生，本文称之为奇点大爆炸宇宙模型。奇点发生剧烈的爆炸后产生了宇宙的时间、空间及一切物质；大爆炸时宇宙暴胀的速度极快，三分钟就产生了可见宇宙；由于万有引力的减速作用宇宙的暴胀速度被减慢；后来空间变大后宇宙又出现了加速膨胀过程，科学家猜测加速的原因可能是暗能量[1]。

由于奇点大爆炸宇宙模型所预言的微波背景辐射、宇宙膨胀等结论被天文观测所证实，逐渐成为了当前公认的标准宇宙模型，被天文界所广泛接受。但是奇点也被赋予了许多神秘色彩，如无限大的物质密度，无限大的压力，无限弯曲的时空等，但是该模型难以解释奇点无穷大密度、星系加速退行以及星体的公转和自转等问题。为了更合理的解释现有的各种天文观测现象，本文提出了接力大爆炸宇宙模型的设想。

一、对奇点大爆炸宇宙模型存在疑点的分析

虽然奇点大爆炸宇宙模型已经成为了天文界的主流共识，但是从该模型的提出开始到现在，一直都受到各种声音的质疑。本文主要从如下几个方面分析该模型存在的疑点。

（1）分析奇点大爆炸宇宙模型的基本假设条件有两个方面；首先要存在物质密度无限大的事物；其次存在一种原动力瞬间突破奇点无限大万有引力，并将质点瞬间加速到三分钟到达可见宇宙边界。

关于奇点无限大物质密度的问题，奇点大爆炸宇宙模型也承认在三维空间难以解释，于是引入了四维时空概念。增加了时间维度后，三维空间不能成立的事物在四维时空就可以成立，只具有三维空间思维能力的人理解不了四维的奇点。可是这个奇点本身就是宇宙的开始，也就是说这个奇点在时间维度上的坐标为0，在时间维度确定后，奇点也只能算是一个三维的概念，在三维空间里奇点无限大物质密度的特性无法解释。如果说时间本身是奇点的产物，不能评判还没有时间概念的奇点，那么时间产生后，宇宙在四维时空模型中任何一个时刻都可以投影出一个三维模型，其中在0时刻上，宇宙在三维空间的投影同样是一个无限大物质密度的事物。由此看来奇点大爆炸理论用四维概念来解释奇点无限大物质密度的特点有掩盖问题嫌疑。

关于爆炸原动力的问题，原动力可能由奇点内的物质反应产生，当然具有无限大物质密度的奇点，其反应也可能产生比无限大万有引力更大的原动力，只是瞬间将质点加速到可以三分钟之内到可见达宇宙边界，比较难以解释。

（2）奇点大爆炸前三分钟就暴涨产生了可见宇宙，这三分钟质点退行速度必然远大于光速；目前的可见星体均未超光速退行，说明从爆炸至今经历过减速膨胀过程，减速的原因可能是万有引力；近代天文观测又发现星系退行正在加速，奇点大爆炸理论难以解释加速原因，认为可能是暗能量导致加速。

目前科学界普遍认为暗能量是随着宇宙膨胀空间增大后才逐渐超过万有引力作用，导致星系退行加速的。但是暗能量的来源及类型尚无定论，只能作为大爆炸宇宙模型的一种假设条件，用来解释宇宙膨胀加速现象。

（3）在距离奇点爆炸位置等距离的冲击波上的质点所受的加速减速过程一致，这些质点与周边质点难以产生大的相对运动，这就导致星体与周边星体难以产生大的相对运动而产生公转。

对于星体自转和公转现象的解释属于大爆炸宇宙模型的空白，接力大爆炸宇宙模型则可以合理解释星体的自转和公转现象。

由上述分析可以看出，奇点大爆炸用四维概念来解释奇点的无限大物质密度的特性有掩盖问题嫌疑，原动力瞬间突破无限大万有引力将质点加速到三分钟之内到达可见宇宙边界比较难以解释，用暗能量来解释宇宙加速膨胀问题也是在基本假设条件之外又增加一个假设条件而已，另外该模型还难以解释星球自转和公转的现象。存在这些问题，为什么奇点大爆炸还能成为标准宇宙模型，受到天文界广泛认可呢？

二、奇点大爆炸模型的由来

奇点大爆炸宇宙模型主要由弗里德曼、勒梅特和伽莫夫等科学家根据爱因斯坦将广义相对论推导而来，其成功预测的宇宙膨胀以及微波背景辐射，被哈勃观测到的星系红移现象以及彭齐亚斯和威尔逊观测到的宇宙微波背景辐射所佐证，才逐渐成为标准宇宙模型的[2]。

但是星系红移只能证明星系在远离，并不能直接推导出星系就来源于一个奇点；宇宙微波背景辐射来源于大爆炸，也不能说明这个爆炸全部集中在一个奇点上。本文在取消奇点概念的基础上，提出了接力大爆炸宇宙模型的设想，这个模型不需要引入四维空间，也不需要引入暗能量，就可以解释星系红移，星系加速退行以及宇宙微波背景辐射等问题。

三、接力大爆炸宇宙模型的概念及假设条件

本文所说的接力大爆炸宇宙模型指的是，宇宙物质由分布在空间中的基本粒子爆炸产生，基本粒子被引爆后产生的冲击波继续引爆外层基本粒子，如此接连爆炸产生宇宙物质，这些物质逐步演化为星体、星系以及星际物质。

由上述定义可以看出，接力大爆炸宇宙模型存在如下两个假设条件

（1）在大爆炸之前，宇宙空间中分布着的光子、电子、夸克等基本粒子中的一种或多种，这些基本粒子达到了爆炸浓度。

（2）这些基本粒子在正常情况下并不发生反应，而某个时刻宇宙空间中出现了光、撞击、高温等因素引爆了基本粒子。

四、接力大爆炸的演化

接力大爆炸宇宙模型的演化过程如下endprint

（1）如同粉尘爆炸一样，宇宙空间中某个点出现了光、撞击、高温等因素引爆了基本粒子，爆炸的冲击波不断的引爆外层基本粒子。

（2）基本粒子爆炸反应产生了原子、分子等宇宙物质，物质由离子态、气态逐渐凝结为液态、固态。由于星体主要在离子态、气态和液态时聚集，所以呈球状，若在固态或半固态聚集则星体的球状会不规则。

（3）由于爆炸冲击波施加给基本粒子背向爆炸中心的力，因此基本粒子反应产生的星球及星系也在远离爆炸中心，由于爆炸冲击波不断的累加，因此离爆炸中心越远，远离的速度越快。

（4）爆炸冲击波由爆炸中心向外不斷的累加，因此宇宙星系由爆炸中心向外不断加密，爆炸波内远离爆炸中心一侧的质量密度大于靠近爆炸中心一侧的质量密度，不在爆炸中心的星系受到远离爆炸中心的万有引力，因此星系退行在加速。类似规则气球内的不在几何中心的质点受球面的引力方向是背向球心的。

（5）由于爆炸发生在冲击波所在的面上，基本粒子受到不同于背向爆炸中心的力，基本粒子反应产生的星球之间拥有相对运动，相对运动的速度满足其中一个星球沿一定轨道围绕另一星球转动的要求时，就产生了星球的公转。不满足该速度要求的要么就被甩出轨道相互远离，要么相互撞击而合并。星系围绕其中心转动也是如此。

（6）在星球的公转过程中，由于星球之间的万有引力产生的力矩使星体产生了自转，比如月亮使地球上的海洋发生潮汐，就是这种力矩的一种体现。

接力大爆炸也有爆炸放热反应，因此不难解释宇宙微波背景辐射的现象；由于接力大爆炸冲击波作用力总体背向爆炸中心，因此可以合理解释星系退行现象；由于爆炸冲击波的累加作用，因此距离爆炸中心越远的星系退行速度越快；由于距离爆炸中心越远宇宙星系越密，因此星系退行速度在加快；由于接力大爆炸的爆炸发生在冲击波波面上，星体间能发生大的相对运动而产生公转并导致自转。与奇点大爆炸相比，接力大爆炸模型对这些宇宙现象的解释更为合理。

另外接力大爆炸是否能够解释宇宙中氦元素丰度的现象，是否能够解释引力波宇宙观测现象。笔者无从判断，愿得相关学者和专家多多指教。

五、接力大爆炸推导出的推论

奇点大爆炸和接力大爆炸都认为宇宙发生过爆炸，都能解释宇宙微波背景辐射的热量来源，都能解释宇宙发生膨胀的现象。但是作为现有标准宇宙模型之外的另一种宇宙模型，接力大爆炸宇宙模型最突出的特点是，爆炸波由爆炸中心外不断的累加，这也推导出了：①宇宙物质由爆炸中心向外加密，②能量由爆炸中心向外加大，③星体退行速度由爆炸中心向外加快等推论。

（1）关于星体退行速度由爆炸中心向外加快的推论，已经被“距离地球越远的星系红移越大”的天文观测所佐证。

（2）关于宇宙物质由爆炸中心向外加密的推论，可分析宇宙中星系的分布，分析是否有有球面变化规律，并分析是否是球面半径越大，星系分布越密。

（3）关于能量由爆炸中心向外加大的推论，可精确分析宇宙微波背景辐射，确定是否有球面变化规律，并分析是否是球面半径越大，辐射值越大。

（4）由上述物质有中心向外加密，可进一步推导出，宇宙在某一时刻密度达到黑洞密度，成为一个无法跨越的黑洞外壳。星体退行速度由中心向外加快，可进一步推导出，爆炸波在某一时刻将超过光速向外退行。这两个推论又联合推导出宇宙在某一时刻之后以一个无法跨越的黑洞外壳为边界超光速向外膨胀。

当然上述这些推论隐含了两项假设，一项假设是宇宙中均匀分布着基本粒子，另一项假设是接力大爆炸的爆炸中心只有一个。如果基本粒子分布不均或者是出现两个以上的爆炸中心，那么接力大爆炸推导出的宇宙模型将更为复杂，可能出现的推论会更多。当然在奇点大爆炸作为标准宇宙模型的今天尚且没有人推导出多个奇点的爆炸模型，目前尚不成熟接力大爆炸模型也没必要推导出多个爆炸中心，或者爆炸前基本粒子分布不均的情况下的其他爆炸模型。

六、寻找爆炸中心的建议

上述这些推论都和爆炸中心有关，那么如何找到这一个爆炸中心，在此提出几个思路供天文学家、物理学家和数学家们参考。

（1）根据宇宙星体总体由爆炸中心向外发散，爆炸波球面上的局部爆炸产生星体相对运动而产生公转的推论可以看出，宇宙中心与星系盘面有关系，或者星系盘面的延伸经过爆炸中心，或者穿过星系中心的星系盘面垂线经过宇宙中心，确定3个以上星系盘面即可确定爆炸中心。

（2）可精确研究可见宇宙中星系的分布情况，分析是否有球面变化规律，并根据球面半径等找到爆炸中心。

（3）可精确研究宇宙微波背景辐射，分析是否有球面变化规律，并根据球面半径等找到爆炸中心。

（4）可精确研究星系红移参数，分析是否有球面变化规律，并根据球面半径等找到爆炸中心。

七、接力大爆炸宇宙模型的科学性分析

根据波普尔的证伪说：“所有的物理规律都是永远无法被证实的”[3]，那么接力大爆炸宇宙模型也无法被证实，但是与现有标准宇宙模型相比却能更好的解释各种宇宙现象。

（1）根据奥卡姆剃刀原理，需要假设最少的解释往往是接近真理的解释[3]。奇点大爆炸宇宙模型的假设条件主要有三个，首先四维空间存在无限大的物质密度的事物，其次存在原动力冲破奇点无限大引力并使质点瞬间加速到三分钟之内到达可见宇宙边界，再次存在暗能量使星系退行加速。接力大爆炸宇宙模型的假设条件主要有两个，首先是空间中分布有达到爆炸密度的基本粒子，其次是有引爆基本粒子的因素。从假设条件的数量来看，接力大爆炸宇宙模型更接近真理。

（2）奇点概念是因为星系退行而反推出，所有的宇宙物质在最初都集中在一个点上；而爆炸冲击波施加给外层基本粒子远离爆炸中心的力，也可以使基本粒子爆炸反应产生的星系远离爆炸中心；只是前者反推出来的奇点十分神秘，后反推出来的基本粒子相对合理。

（3）奇点大爆炸难以解释星体公转和自转现象，而接力大爆炸模型下的星体与周围星体可以发生大的相对运动，所以可以发生公转并产生自转。

由以上分析可以看出，虽然奇点大爆炸宇宙模型与接力大爆炸宇宙模型均能够解释宇宙微波背景辐射、星系退行等天文观测现象；但是后者的假设条件更少，后者对星系加速退行、星球的自转和公转等天文观测现象的解释更为合理；同时后者由星系退行反推到基本粒子也比前者反推到奇点更为合理；由此看来奇点大爆炸宇宙模型比接力大爆炸宇宙模型更容易被证伪，所以后者更具科学性。

参考文献：

[1]武伟轩.宇宙通史.2005（4）：99-106

[2]李宗伟，肖兴华.天体物理学.2001（5）：426-445

[3]汪洁.时间的形状.2012（1）：9-10endprint