发信人: joiye()
整理人: jeter(2000-09-04 21:11:09), 站内信件
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与刘鸿博论《空间、物质》（自由科学论坛）
主题: 空间、物质
http://luntan.163.com/forum//read.php?num=5355&id=534&thread=534
（某些符号无法贴出或无法正确贴出，请谅解）
对各向异性空间及负能物质的初步探讨
作者：刘鸿博
摘要：本文在假设空间具有弹性和质量的前提下，提出各向异性空间、负能物质
、物质创生、零能面等新的概念。作者通过对各向异性最为显著的黑洞的视界附
近空间性质的分析，认为视界是唯一的本质奇点，对主流理论消除坐标奇点的做
法提出质疑，进而对物质创生的过程进行阐述，并对负能物质、零能面等新的概
念加以说明；通过对物质创生过程的分析，对当前关于黑洞的主流理论中的面积
增长定理、霍金辐射提出质疑。作者在本文中提出并简述了加速膨胀的宇宙学理
论模型，对当前作为标准模型的大爆炸宇宙学理论模型提出质疑。
关键词：各向异性空间、弹性空间、负能物质、物质创生、零能面、加速膨胀的
宇宙模型
1、引言
广义相对论认为，物质和时空是统一的，由物质的运动及其分布可以决定时空结
构。反之，由已知的时空结构也可以推算出物质的运动。在继承上述观点的基础
上，本文的观点认为，物质是空间存在的一种形式，空间是物质存在的最普通的
形式。物质即空间，空间即物质。本文试图对相对论中有关空间性质的内容进行
适当的推广，并初步探讨本文的观点对天体物理学及宇宙学可能带来的影响。
2、基本思路
牛顿物理学是建立在绝对时空观的基础上的。在牛顿物理学中，空间是平直的，
距离、时间、质量等是标量。牛顿物理学适用于运动速度v＜＜光速c 的情况。
在广义相对论中空间是弯曲的，而且是不断变化的。即，坐标网本身是不断“蠕
动”的。在相对论中距离、时间、质量是可以随坐标的变换而发生变化的失量。
相对论适用于运动速度v≤ 光速c 的情况。但在相对论中空间的性质在各个方向
上是相同的，光速是恒定的。
本文试图探讨当空间的性质随方向的变化而变化时物理学定律发生的变化，并提
出负能物质（不同于西方人已提出并被自己否定的负能物质理论）、加速膨胀的
宇宙模型等新的思想。这些思想看起来有些怪异，本文试图将其阐述清楚。
3、对光速定义的推广
我 们看看电动力学是如何对光速进行定义的。光速的定义是从麦克斯韦方程组中
得出的，即
。
电动力学认为真空中ε0、μ0是恒定的，是标量。用国际单位制对上式进行量纲
重组得
式中Nm -2 即弹性模量的量纲 , kgm-3 即物质密度的量纲。
我们知道，电磁波的波动方程类似于声波和弦上波的波动方程，电磁波和弦上波
同为横波。
弦上波的波动方程为：
[ ２ξ / [ t2 =T [ ２ξ / ρ[ x2 ......................(2)
波速
[ ２ξ / [ t2 =（E/ρ）[ ξ/[x .....................(3)
声波波动方程中E /ρ 的量纲与（1）式的量纲相同，我们用
（ε0μ0）-1 代替 E /ρ 即得电磁波的波动方程：
[2ξ / [t2= [ξ / ε0 μ0 x2.............................(
4)
将E/ρ =（ε0 μ0 )-1 代入(1)式即得到光速的新的定义式：
（5）式中E为真空的弹性模量，ρ为真空的密度。（2）、
（3）、（4）式中的[2 ξ / [２ t 分别代表弦上波、声波中媒体的加速度
和电磁波中电场随时间的变化率。本文是因为这几个量的相似性而使用了同一个
表达式 [2 ξ / [t2 表示，并尝试用E /ρ 代替T /ρ 和用 （ε0μ
0 ）-1 代替 E/ρ 的。
4、弹性空间的几个参数
在空间中建立一个三维坐标系。设轴X为具有适当直径的无限长的杆，单位长度的
质量为ρ，T为杆的张力。则此杆相当于由一根ρ→0、T →0的无限长的弹簧压缩
而成的弹性杆。压缩得愈紧，ρ０愈大，T亦愈大，即T∝ρ，而杆上波速
假设空间是由密度ρ→0、弹性模量E→0的无限大的弹性体压缩而成的弹性空间(
即此空间为可压缩黏性连续介质）。取此空间的一部分为研究对象。
设此部分空间为一半径为r 的球体，如果不考虑质量的变化（本文的弹性空间的
质量即由压缩而来, 质量随空间弹性模量的变化而变化的过程是不可忽视的），
则可证明此空间中ρ∝r-3、E∝r-3，c为标量。
如果考虑到空间质量与其弹性模的关系，正是在施瓦西黑洞中的情况，M、r都是
矢量，则可证明ρ∝r-2，E∝r-2，c为标量。
上述关系的推导比较简单，从略。
5、施瓦西黑洞视界附近空间的性质
假设一物体由无穷远处从静止开始向黑洞自由落入。其运动方程（短程线方程）
如下：
从视界附近r 1处( r1 = rg+δ，δ＜＜rg）落到rg 所经历的固有时：
式中rg为视界的径向参数。
从表面上看，τ是一个很小的数值。而事实上，由于视界表面ρ→∞，径向E→0
，因而径向光速 →0 , τ→∞。此例可看出，视界表面空间
的各向异性最为显著。
物理性质随方向的变化而发生变化的空间称为各向异性空间。
在视界的切线方向，E与ρ同比例增长，因而光速c不变。可见，视界并不是单向
膜，而是双向不可透的膜。
各向异性空间的论点认为光线沿视界切向行走的速度较慢，这一现象已被Shapir
o等用相对论理论预言并被雷达波反射实验所证实。
关于黑洞的主流理论认为，r = r 处的视界不是黑洞的本质奇点。人们认为它产
生的原因是坐标在该处有问题，故称之为“坐标奇点”。勒梅特（Lemaitre）选
择了一种自由下落的坐标系。他引入（τ，R）来代替（t，r）。在勒梅特坐标系
中，施瓦西视界是以光速向外运动的，是个“径向光波前”。作者认为这种做法
是存在严重问题的。原因之一是在以光速运动的坐标系中，一切物理学定律已不
适用。作者认为视界是黑洞唯一的本质奇点。由于视界是双向不可透的膜等原因
，在r = 0 处的奇点是不存在的。作者的思想符合“宇宙监督原理”。
6、物质创生的过程
由于视界附近径向空间弹性模量E→0，切向空间弹性模量E→∞，这部分空间是极
度扭曲的空间，吸入黑洞的任何以实物粒子形态存在的物质不能以原有的形态存
在，在视界附近完全崩解为电磁辐射。这一过程应理解为实物粒子在适当的空间
条件下的衰变。就象有的学者预言质子终将衰亡一样，任何实物粒子都会在适当
的条件下衰亡。如果这些物质不崩解，将导致这一过程的能量的无穷大，是不可
能的。
须指出的是，这一过程（物体的质量m＜＜黑洞的质量M）所获得的动能来自黑洞
，并部分辐射到黑洞之外，使黑洞的负的能量增加。
落入黑洞的物体所获得的动能在吸积盘中转化成辐射并部分散发出去，这一过程
的质能转化率比热核反应的质能转化率高得多。
距黑洞无限远处（r →∞）的引力势（—GM/r）为零，则距黑洞无限远的物体（
质量为m，m＜＜黑洞质量M）的引力势能为零。此处的r 不同于平直空间中的r ，
在视界附近很小的dr 可以代表很大的径向距离dl。
事实上，引力势总是负的，引力势为零的空间是不存在的。非零的引力势是空间
存在的必要条件，空间是不能离开引力场而存在的。空间的密度与引力势成某种
函数（在各向同性空间中可能是线性函数）关系。
当距黑洞无限远的物体在坠入黑洞的过程中获得的能量大于其固有的能量m ，并
辐射出去时，便成为负能物质 。在此过程中要辐射出比其固有质量大很多倍的能
量。这些能量的大部分通过引力场归还给了黑洞。由于存在不确定因素，只能计
算出此过程中逃离黑洞的能量大于4m。同时黑洞增加对等能量的负能物质。
黑洞的零能面（零能面的概念请见下文）内的物质为负能物质。
物质坠入黑洞的过程中完成了物质创生的过程。这一物质创生的过程即是宇宙膨
胀的能量之源，是进行第一推动的上帝之手。在物质创生的过程中能量守恒。
由于测不准原理所预言的空间中物化出的粒子的存在，即使黑洞附近完全是真空
，亦不能阻止这一物质创生的过程。
负能物质与正能物质在重力场中应无差别。
反物质不是负能物质，反物质的能量是正的。
本文认为在黑洞增长的过程中，遵从黑洞无毛定理，但不遵从目前的关于黑洞的
主流理论中的面积增长定理、霍金辐射等规律。两个黑洞的合并决不是简单的相
加，合并后的黑洞的质量要比它们的质量之和大得多。本文对霍金的关于黑洞的
理论提出质疑。
7、空间的零能面
本文认为空间是有质量（能量）的，其引力势能（为负值）与质量之和为零的空
间是一个曲面，称为零能面。
施瓦西黑洞的零能面是标准的球面，其位置在视界之外。黑洞的零能面之内的一
切物质（包括空间）的能量的净值是负的（坠入零能面的物质成为负能物质）；
零能面之外的一切物质的净能量是正的；零能面上的一切物质的净能量为零。
8、加速膨胀的宇宙模型
为了支持大爆炸理论，在广义相对论的框架里，霍金和彭罗斯证明了，只有给定
了奇点处的边界条件，才能由爱因斯坦的场方程得到宇宙演化的图像。人们认为
，边界条件只能由宇宙外的造物主给定，宇宙的创生即操纵在造物主手中。这即
是一直困扰着人类智慧的第一推动问题。作者认为，如果把空间——时间的边界
消除，则不必劳驾上帝进行第一次推动了。
中世纪之前的西方宗教界认为，宇宙的年龄只有几千年。时至今日，公认的宇宙
年龄约为150亿年。但作者认为，这种估计仍旧不足。宇宙的径向参数与其质量成
正比，在一般情况下，膨胀必定是加速进行的。 由于过去的宇宙膨胀得较慢，宇
宙的年龄要比大爆炸理论预言的150亿年大得多。
由于宇宙成长过程中空间本身在膨胀，所以要出现遵从哈勃定律的星系退行现象
。
1）关于宇宙的起源
如果我们的宇宙是由原始黑洞通过增加零能面之外的负的能量获得能量（零能面
内外的物质互为负能物质）增长而成的，则这种增长方式是物质创生的一种模式
。
作者认为，宇宙的概念可以从狭义宇宙和广义宇宙两个方面去理解。狭义宇宙在
空间上是有限的，在时间上有自己的起点；广义宇宙在空间和时间上都是无限的
。
作者认为，当足够质量的物质塌缩到产生黑洞的极限体积之内时，一个狭义的宇
宙便诞生了。黑洞不断增大，获取质量的能力不断增强，在一般情况下，视界内
的空间在所有的方向上呈加速膨胀。
根据哈勃望远镜对造父变星观测的成果得出的哈勃常数为27公里/百万光年。据其
套用大爆炸理论得出的宇宙年龄为120亿年，小于某些古老恒星的年龄，使当前作
为标准模型的大爆炸理论受到新的挑战。
2）广义的宇宙
作者认为广义宇宙不存在空间——时间上的起点和终点，一切均包含在其中。物
质演化的力量便是进行第一推动的上帝之手。应该存在无限多层次的狭义宇宙。
从我们的宇宙所在的层次数起，层次数是有下限而无上限的。每个层次中存在着
不断演化着的适于在其中存在的物质。宇宙中的物理条件是变化的，实物粒子的
寿命、放射性元素的半衰期等很多物理量随宇宙膨胀阶段的不同而变化。
3）关于新的宇宙模型的思考
作者提出的加速膨胀的宇宙学的理论模型既是大胆的设想和模糊的框架，又有着
比较坚实的数学根据。由于宇宙中空间的曲率、密度、各向异性、极性等性质的
巨大差别的存在，时间和空间上的极小和极大的尺度均不具有明确的意义。例如
，施瓦西黑洞的无限红移面至外部空间的距离不同于径向参数的数值，为无穷大
，是很形象的“黑洞”；其固有时的流逝速度为零。我们现在讨论的宇宙年龄等
宇宙学中的概念的定义是很不准确的。这类讨论的现实意义之一是迎合了大众的
口味和理解能力。在某种意义上，无穷大来源于：把任何理论推向极端必然导至
荒谬的结果。
作者认为宇宙常数的存在是必须的，爱因斯坦并没有错。如果没有宇宙常数，宇
宙现阶段的膨胀只能是减速的。宇宙常数比爱因斯坦设想的要大，而且是变化的
。
9、存在的问题
1）受作者能力及不确定因素的限制，本文的理论的数学模型是不完整的。愿与同
行之人，特别是同行之人中数学基础较好者合作为本文的理论建立所需的完整的
数学模型，例如可压缩黏性连续介质运动方程、物质坠入黑洞过程中能量辐射过
程方程。
2）本文对消除相对论中的某些无穷大及空间——时间的边界所作出的偿试是初步
的和需要验证的。
3）空间的E和ρ的确（测）定。
4）G是否是标量。
存在的问题还有。一劳永逸式的统一理论是不会存在的，永远也不会。大一统式
的理论亦只能实现局部的、阶段性的统一。《自然哲学的数学原理》既是一例。
本文如果有点价值，与《自然哲学的数学原理》相比，只能是泰山上的一块碎石
而已。
参考文献：
1、《相对论导引》、 赵展岳 编著
阿呆回复：
主题: 浪子，解释解释为甚称之为垃圾
你对这类文很在行，介绍一下怎么九千多字节全是垃圾。
浪子回复：
主题: Why垃圾?
说它是垃圾，乃是因为他符合很多所谓“民间科学家”做科学的大部分特征（见
碧声的三思言论集的相关文章），作者本人只是对物理学有一些科普级的初步认
识，并没有了解一些物理基本概念的本质。其擅长的就是从力学类比出发，“直
观”地理解狭义、广义相对论，曲解诸如光速不变原理，洛伦兹变换等原理得到
一些惊世骇俗的革命性结论，然后自比于牛顿、爱因斯坦。
具体到本文：作者类比光为弦上波，声波等，但是机械波无论弦上波还是声波，
与光是有本质区别的，别的波没有类似光速不变原理的规律。而机械波传播媒质
的密度与模量搬到真空就回到了一个世纪以前的机械以太假说。那时引起的一切
矛盾完全适用于刘先生的推论，浪子在此不再赘述。另外关于史瓦西黑洞的视界
问题是有自洽解释的，而黑洞本身是广义相对论的解，所谓“以光速运动的坐标
系中，一切物理学定律已不适用。”作者却显然再用狭义相对论的科普映象在谈
论黑洞问题，还有：“作者的思想符合“宇宙监督原理”。”更是不知所云。视
界如果真是如他所说“双向不可透”，那么物质如何能落入黑洞？另外对物质落
入黑洞的能量转化及所谓负能物质等论述也是基于作者本人的直观理解，并没有
严格的逻辑，其中谬误实在不想费心去一一指出。
此外加速膨胀的宇宙并非是本文作者提出的，至少在两年前就看到了相关的观测
证据，当时浪子还试着构造过这样的宇宙模型，并尝试用负质量来解释宇宙中的
反引力(见“梦想者家园”：梦里红船)。但现在看来，我当时的想法并不正确，
虽然那时侯我认为很可能宇宙就是象我想象的那样演化的。:)
阿呆回复：
主题: 咣当，稀里哗啦...
恍然不悟... 莫测的神秘呀。
一笑回复：
主题: 我补充几句
http://luntan.163.com/forum//read.php?num=5355&id=541&thread=534
现代物理学的实质内容已经非常抽象化，只能从数学表达中才能理解，而我们见
到的几乎所有的直观类比都是出于科普的需要，为非专业人士理解的方便而做的
，但已经与真实情况相差甚远。非专业人士从这种科普级的直观类比中发挥想象
，或许能想象出一个光怪陆离的奇特世界，但这不是我们所在的这个世界。
另外，民间科学家最常挂在嘴边的就是“本质”一词。比如指责爱因斯坦不懂得
空间、时间的本质，指责麦克斯韦不懂磁场的本质等等。这些民间科学家们的哲
学观还停留在一百多年前的形而上学上。现代物理学已经不去研究什么“本质”
，因为没有人知道什么是“本质”。我们所能研究的只有现象，从现象中寻找规
律。在科学研究中抛弃过时的形而上学的观点由马赫提出，得到了后来的物理学
家们的赞同，无数的物理学家自认为是马赫的学生——他们从马赫的哲学观中获
益非浅。所以，当我们看到一个人整日将“本质”一词挂在嘴边，那么此人有九
成的可能是物理学的门外汉。
海岛回复：
主题: RE: 一笑
http://luntan.163.com/forum//read.php?num=5355&id=543&thread=534
在《空间、物质》的正文中，只有一处出现“本质”一词，而且是物理学里习惯
的用法。你为何鸡蛋里挑骨头？把你的成果给我们看看。
碧声回复：
主题: Bingo!
http://luntan.163.com/forum//read.php?num=5355&id=548&thread=534
/me 对一笑的景仰之情有如……
>非专业人士从这种科普级的直观类比中发挥想象，或许能想象
>出一个光怪陆离的奇特世界，但这不是我们所在的这个世界。
打比方、举例子、努力把问题通俗化，是碧声平日的工作。善于
与媒体打交道的科研人员，会主动给出科普级的解释，但这种人
非常少。许多人只会用术语与同行对话，至多是用简化的术语与
对此课题略知一二的外行对话，再往下就很困难。往往是科学家
“哇啦哇啦”一通，记者作恍然不悟状，回去写出一篇东西来，
科学家看到后苦笑：“他根本没懂。”
>现代物理学已经不去研究什么“本质”，因为没有人知道什么是
>“本质”。我们所能研究的只有现象，从现象中寻找规律。
说得何等的好！
刘鸿博回复：
主题: RE: Why垃圾?：你的心理状态是否有问题
http://luntan.163.com/forum//read.php?num=5355&id=547&thread=534
关于加速膨胀的宇宙模型
最早的观测到宇宙加速膨胀的报道是1999年9月22日路透社发布的。当日出版的《
自然》杂志报告了天文学家的观测结果。
我在当年5月即将《对各向异性空间的初步探讨》一文投到出版社，随即出版。文
中指出宇宙必定在加速膨胀。
2000年一月，阙志鸿的《如果宇宙的起源不是大爆炸，哪会是什么？》对震惊世
界物理学界的新的不利于大爆炸宇宙学理论模型的观测证据进行论述时指出：今
后几年，世界天文物理学界必将展开激烈的竞争，看哪个团体或个人能率先提出
优于现有理论的宇宙模型。
从浪人对《各向异性、负能物质》一文的评论可感觉到，浪人对物理学的学术态
度是不严肃的，起码有三点：
一、有关报道不是两年前，而是不到一年前；
二、报道的不是宇宙学理论模型，而是观测数据；
三、任何时候率先提出优越的理论都不晚。
你关于此问题的思路（反引力）无疑是错的，你正确时能否容得下别人的看法？
浪人等人的心理状态是否有问题？
刘鸿博回复：
主题: RE: Why垃圾?：关于视界双向不可透的说明
http://luntan.163.com/forum//read.php?num=5355&id=551&thread=534
物质创生（此概念的说明见原文）的能量使视界的径向参数加大，视界内的空间
加速膨胀，从而间接地完成了视界两侧物质交流的过程。
刘鸿博：
主题: 新的宇宙模型
http://luntan.163.com/forum//read.php?num=5355&id=545&thread=545
加速膨胀的宇宙模型简介
作者：刘鸿博
一、前言
为了支持大爆炸理论，在广义相对论的框架里，霍金和彭罗斯证明了，只有给定
了奇点处的边界条件，才能由爱因斯坦的场方程得到宇宙演化的图像。人们认为
，边界条件只能由宇宙外的造物主给定，宇宙的创生即操纵在造物主手中。这即
是一直困扰着人类智慧的第一推动问题。作者认为，如果把空间——时间的边界
消除，则不必劳驾上帝进行第一次推动了。
中世纪之前的西方宗教界认为，宇宙的年龄只有几千年。时至今日，公认的宇宙
年龄约为150亿年。但作者认为，这种估计仍旧不足。由于过去的宇宙膨胀得较慢
，宇宙的年龄要比150亿年大得多。
二，关于宇宙的起源
作者认为，宇宙的概念可以从狭义宇宙和广义宇宙两个方面去理解。狭义宇宙在
空间上是有限的，在时间上有自己的起点；广义宇宙在空间和时间上都是无限的
。
计算表明，坠入黑洞的物质要辐射出比自身质量大千倍以上的能量，并产生对等
的负能物质。即使黑洞附近完全是真空，亦不能终止这一过程。这便是物质创生
的过程。由于视界及其附近的空间是极度扭曲的，吸入黑洞的任何以实物粒子构
成的物质不能以原有的形态存在，而在视界附近完全崩解。从另一方面来看，如
果粒子不崩，解将导致能量的无穷大。
作者认为，当足够质量的物质塌缩到产生黑洞的极限体积之内时，一个狭义的宇
宙便诞生了。黑洞不断增大，获取质量的能力不断增强，在一般情况下，视界内
的空间在所有的方向上呈加速膨胀。
三、广义的宇宙
广义宇宙不存在空间——时间上的起点和终点，一切均包含在其中。物质演化的
力量便是进行第一推动的上帝之手。存在无限多层次的狭义宇宙。从我们的宇宙
所在的层次数起，层次数是有下限而无上限的。每个层次中存在着不断演化着的
适于在其中存在的物质。 宇宙中的物理条件是变化的，实物粒子的寿命、放射性
元素的半衰期等很多物理量随宇宙膨胀阶段的不同而变化。
四、新的宇宙模型的思考
作者提出的宇宙模型既是大胆的设想和模糊的框架，又有着比较坚实的数学根据
。由于宇宙中空间的曲率、密度、各向异性、极性等性质的巨大差别的存在，时
间和空间上的极小和极大的尺度均不具有明确的意义。例如，施瓦西黑洞的无限
红移面至外部空间的距离不同于径向参数的数值，为无穷大，是很形象的“黑洞
”；其固有时的流逝速度为零。我们现在讨论的宇宙年龄等宇宙学中的概念的定
义是很不准确的。这类讨论的现实意义之一是迎合了大众的口味和理解能力。在
某种意义上，无穷大来源于：把任何理论推向极端必然导至荒谬的结果。
宇宙常数的存在是必须的，爱因斯坦并没有错。只是宇宙常数比爱因斯坦设想的
要大，而且是变化的。
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何须论得丧，才子词人，自是白衣卿相……青春都一饷，忍把浮名，换了浅斟低唱。
※ 来源:．月光软件站 http://www.moon-soft.com．[FROM: 202.108.12.200]
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