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评所谓宇宙暴涨的证据
王令隽 2014年3月31日
最近,哈佛大学的科瓦克领导的天体物理小组在南极的观察站对微波本底辐射进行分析,发现其极化方向呈现某种分布图形,立即宣布这是宇宙暴涨的引力波。这和爱丁顿宣称通过日食观测证实了广义相对论是同样的媒体炒作。为了说明这种炒作和科学验证的差别。让我先举个例子说明星象学方法和科学方法的差别。
有一位来自台湾的S先生,是个一贯道信徒。他向我传教,现身说法证明仙佛如何神通广大。他说有一次他从悬崖上掉下去,被仙佛所救,挂在树丛上没有摔死。他的推理是星象学的:1)理论上,世界上一切都受仙佛主宰;2)如果你相信仙佛,它就会在危难之中救你;3)我大难不死,这就是仙佛存在和一贯道是真 理的实验证据。

“仙佛”是一贯道的教祖,大概是仙和佛的线性组合,但是却比太上老君和佛祖如来加在一起还要神通广大的某种超自然的主宰。这位S先生的推理逻辑和其他宗教徒的推理逻辑都一样,一个共同的特点是不追究每一个推理步骤的可靠性和唯一性。
我当时问这位S先生:“您如何知道当时救您的一定是您的仙佛而不是耶稣基督或者真主阿拉呢?”
科学的“实验证实”和宗教的“见证”完全不同。科学证实不是某种根据神话故事似乎说得通的“见证”,而必须是唯一可能的解答。“科学证实”的逻辑推理的每一步都必须是唯一的,无懈可击的。
抛开宗教理论本身的真伪不谈,单就形式逻辑考量,这位S先生的推理就是有问题的。因为救他大难不死的救主可以有好多个答案:1)一贯道仙佛;2)耶 稣基督;3)真主阿拉;4)佛祖如来;5)观音菩萨;6)普贤大士;7)文殊广法天尊;8)太上老君;9)元始天尊;9)广成子;9)梨山老母;10) 妈祖;等等等等。对于无神论者,还可能有另一个解答,那就是纯偶然性。如果我们对所有跳崖的和失足从悬崖上掉下的和被人推下悬崖的和从摩天大厦上跳下的人做一个统计,就会发现挂在树上不死的几率非常小,是小概率偶然事件。所以我建议相信仙佛的朋友,包括已经得到见证的S先生,不要以为自己信仰坚定就可以随便跳崖跳楼。仙佛也有打瞌睡或者忙不过来的时候,所以,跳崖跳楼之前最好先给他老人家打个电话约个时间,看看他忙不忙。宇宙中有多少外星人从悬崖上掉下呀,可不都得他老人家管吗。
除了形式逻辑以外,科学还要求理论的每一个大前提都必须是无懈可击的。比如说,“仙佛救我”的理论就经不起科学质疑。仙佛在哪里?他(她)无处不在吗?如果仙佛住在宇宙深处,他离地球的距离可能就是几亿光年,那他如何知道你此刻会从悬崖上掉下呢?他可能心血来潮,掐指一算,知道弟子有难,可等他知道以后,来得及赶到现场救你吗?还是他(她)事先就等在事故现场?果如此,那你从悬崖掉下是不是他故意造成的?如果他不是肇事者,那肇事者是什么魔鬼?法力无边的仙佛为什么容许魔鬼把你从悬崖上推下去?如果这个事故本来就是他设计安排的,那他为什么要置你于险境?他是只对一贯道信徒施展这种手段以保证他们的忠诚呢,还是对不相信一贯道的其他人也会这样做呢?你可以提出一大串这样的问题而无法解答。如果得不到解答还要虔诚地相信,那只不过是信仰。但是科学思维不能依赖于宗教信仰,而要遵守严格的逻辑推理。
让我们以这种精神来衡量一下科瓦克关于找到了宇宙暴涨证据的报道。同样地,我们先要问一问解释的唯一性,再问一问理论本身的合理性。
什么是宇宙暴涨呢?根据古斯提出的暴涨理论,这是一个发生在宇宙大爆炸以后大约10的负36次方秒,并立即在10的负33次方秒终止的事件。在这个非常短暂的一瞬间,整个宇宙以超过光速二十几个数量级的速度从渺观的宇宙婴儿暴涨成为宏观宇宙。因为其暴涨速度之快和事件之短促匪夷所思,这一暴涨事件也称之为“宇宙相变”。科瓦克宣称他们在南极观测到的微波本底辐射的极化图案是暴涨造成的,那末他们就必须证明为什么这个图案不是其他事件造成的。为什么不是宇宙大爆炸这一创生事件造成的?为什么不是暴涨之后的去耦合时期造成的?为什么不是银河系形成时造成的?为什么不是太阳系形成时造成的?为了说明观察到的背景辐射图案是暴涨的证据,你的计算公式必须能够精确到10的负36次方秒。你有这样的计算公式吗?你的公式有这样的精度吗?
对于根本就不相信宇宙大爆炸理论的人们,还有一个可能的解释,那就是空间媒质在南极附近的某种极化图案,和宇宙深处的东西毫无关系。这里有一点技术细节,那就是科瓦克观察到的极化图案是一种立体角分布,其绝对尺寸等于立体角乘与微波源离地球的距离。如果这个距离只有一个天文单位,那你观测到的现象只不过是太阳系里面的现象,而不是宇宙深处的现象。如果这个距离是宇宙距离,那这种极化图案的尺度就将是几亿光年了。这么大的极化图案是引力波吗?引力波的波长是多少?引力波怎么会造成电磁波的极化呢?引力波是行波,不是驻波,怎么可能给你一个固定的极化图案?除非你用广角镜头照下一张瞬时照片,而且曝光时间必须小于引力波周期的百分之几,否则就不可能得到波动图案。可是科瓦克的微波本底辐射极化图应该是用射电望远镜而不是广角镜观测的,费时几年。那引力波的周期岂不是长达几百年?可是暴涨期总共才不过10的负33次方秒,是一个非常窄的delta时间脉冲。当时的宇宙的理论尺度也是渺观尺度,怎们能够形成一个波长几亿光年,周期几百年的引力波?朋友们可以用普通照相机做一个实验。您可以拍一张水波的照片。如果曝光时间为百分之一秒,您就可以看到水波的形状。如果曝光时间为10秒,就看不到水波的波形。如果白天光线太强,可以在月光下曝光10秒钟或更长的时间。另外,引力波怎么会造成微波本底辐射极化方向的空间分布呢?物理机制何在?
除了唯一性问题,我们同样可以问问宇宙大爆炸和暴涨理论本身的合理性问题。关于大爆炸理论的问题,我在“现代宇宙学的基本问题及DET理论”中有比较详细的分析。大爆炸宇宙学比较根本的问题是,其一,假定宇宙中所有的物质和能量都是在10的负43次方秒的一瞬间无中生有地从真空中爆炸出来,因而极端地违反物质守恒定律和能量守恒定律;其二,本质上的地心说性质;其三,极端地违反麦克斯韦速度分布率;其四,地平问题,也就是宇宙膨胀速度超过光速几百倍,因而完全违背相对论的基本假定。宇宙大爆炸理论是建立在相对论基础之上的。大爆炸理论违背相对论,就是自相矛盾,就是根本性的不自洽,是自己否定自己。
为了解决地平问题,于是古斯提出一个大胆假设:他假定在宇宙大爆炸以后10的负36次方秒时,不知什么原因,整个宇宙突然之间以超过光速二十几个数量级的速度暴涨,到10的负33次方秒时嘎然而止,停止暴涨,而以“正常的”速度膨胀。结果,地平问题不仅没有解决,反而变本加厉了。地平问题只不过超过光速几百倍,可是暴涨假定居然要求暴涨速度超过光速二十几个数量级!这种理论有任何可信度吗?支持宇宙暴涨的能量从哪里来?它为什么要在10的负36次方 秒时突然暴涨?为什么又要在10的负33次方秒嘎然而止?谁负责启动暴涨?谁又负责突然刹车?这种事情古斯是怎么知道的?你怎么有如此之大的神通,居然可以在经历150亿年的沧桑以后,以10的负36次方秒的精度算出这一事件?(人类有文字记载的历史才8000年。)小时候我总纳闷,姜子牙怎么能够算到武吉进城以后会杀人?梨山老母如何能够算出弟子樊梨花有难?他们用的是什么公式或者方程?和现代宇宙大爆炸学者比起来,姜子牙和梨山老母的这点巫术真是小巫见大巫。大爆炸宇宙学家们不仅能够以10的负43次方秒的精度算出150亿年前的宇宙如何出生的细节,而且可以同样的精度预言若干亿年以后宇宙到底是会湮灭还是不会湮灭。这种神机妙算是周文王姜子牙诸葛亮们望尘莫及的。
星相学对物理学的渗透使人们逐渐忘记了科学研究的一条基本原则:永远不要超出实验设备所容许的限度去为某个理论制造数据或证据。
所以,整个大爆炸理论是完全违反科学的星象学理论。星象学理论是不可能为实验证实的,正如一贯道理论不可能由某信徒的大难不死和无穷无尽的“见证” 所证实一样。即使我找不到一个方程式能够定量解释为什么您从悬崖掉下去以后会挂在树上,也不会相信是仙佛救了您。同样,即使我找不到一个方程式能够定量解释微波本底辐射中极化图案,也不会相信那是宇宙大暴涨的证据。因为宇宙大爆炸理论中有太多的不自洽和违背物理定律和科学逻辑的地方,太多的荒唐假设。对于到大自然中许多尚不可能用现在的科学理论解释的现象,我们宁可暂时存疑,也不能随便接受一个自称能够解释这一现象的星象学理论。
有的朋友可能会说,大爆炸理论可能没这么简单吧,这里面有很深奥的黎曼几何呐!这么高深的数学怎么会错呢?问题是,错不在数学,而在大前提,在于宇宙可以无中生有的假定。周文王和姜子牙的八卦理论也用到了当时最深奥的数学–二进制数学。这在几千年前是非常了不起的。能不能因为这个理论用到了先进的二进制数学,就相信阴阳八卦理论可以算出我这辈子能够出将入相呢?
归根结蒂,检验实验证据的真伪通常有三种判据:1)唯一性。除了这种解释以外,还有没有其他可能的解释?2)理论本身的合理性。你的实验结果所希望支持的理论有没有本质上的不自洽或者违背基本物理事实的地方?3)可重复性。能不能通过重复的实验和统计结果来确立两个事件之间的因果关系?这第三个判据对于天体物理现象的研究不太容易实现,我们不仅不能重复所谓的宇宙大爆炸和暴涨“事件”,甚至要重复银河系的产生和太阳系的产生都不可能。但是也有例外。比如霍金的量子泡沫理论宣称从我们宇宙空间中每一个立方厘米的体积元中每秒钟会产生10的143次方个宇宙。这种宇宙出生率超过我们所知道的任何自然事件的发生率,重复性极高。霍金的这种匪夷所思的理论也用到了高深的黎曼几何。
对于前两个判据(唯一性和合理性),除了这些“前沿科学理论家”以外,科学界还是普遍尊守的。以这两个判据衡量,爱丁顿的日食观测对光线被引力弯曲的所谓证实,微波本底辐射测量对宇宙大爆炸理论的所谓证实,射电类星体喷射流对所谓旋转黑洞的证实,暗物质探测,上帝粒子的“探测”,以及最近宣称的观察到了宇 宙暴涨产生的引力波的证据之类,都不够资格成为“科学证据”或“实验证实”。
至于科瓦克是不是能获得诺贝尔奖,这年头还真难说。像上帝粒子探测这样的实验结果,连实验组的人自己都还没有把握说确实找到了“上帝粒子”,诺贝尔评奖委员会就匆匆忙忙给希格斯等人颁奖,可以说是破天荒第一次。不过,科瓦克本人倒比较谨慎。他说:“这是科学理论永远没法被 证实 的又一个例子。” 他这是为以后留点退路。如果以后这个所谓的“暴涨”证据被推翻,或者暴涨理论本身为物理学界抛弃,可别怪我,我早就说过理论永远没法被证实的。可是,如果按照你们的逻辑,“科学理论永远没有办法被证实”,那你还拿着纳税人的钱到南极去干什么?难道这几十年的折腾都毫无意义?
随着神学和星象学对物理学的渗透,人们似乎已经忘记了一条科学研究的经典原则:永远不能为实验证实的理论不是科学理论。