五、大爆炸宇宙学理论模型的疑难

大爆炸宇宙学是以广义相对论和宇宙学原理为其理论基础、以众多宇宙现象和观测资料为其实验依据建立起来的,立论清楚,推理自然,只用了已知的物理学规律就对宇宙的性质、运动和演化作了简洁、明了的描述,并且说明了大量观测事实。所以,这个模型的建立是20世纪物理学的重大成就之一。

    但是,大爆炸宇宙学在取得巨大成功的同时,也发现理论模型自身存在严重缺陷或不完备性。

例如,宇宙诞生时发出的信号经过t时间,最远只能传播ct的距离,这是在t时间内有因果关系的最大距离,这个距离称为视界。根据大爆炸宇宙学,从宇宙诞生到大统一时代经过的时间是10-36 s ,这时的视界是3´10-28 m,与今天所观测到的宇宙尺度相对应的大统一时代的尺度为3´10-2 m,所以在当时宇宙的尺度范围内共包含了

                       

个无因果关系的区域。这个数字表明,在极早期的宇宙是极其不均匀的。但是宇宙学原理和微波背景辐射都表示宇宙是均匀的,均匀只能通过相互作用来实现,1078 个无因果联系的区域竟具有相同的密度,真是不可思议!这称为大爆炸宇宙学的视界疑难。

    又例如,式(20-33)可以化为

                        ,                (20-34)

根据大爆炸宇宙学,在宇宙的年龄到达大统一时代(10-36 s),上式右边的量级为10-55 。这个数字表明,极早期的宇宙物质平均密度 r 基本上就是临界密度rc ,也就是说,极早期的宇宙空间是平直空间。那么为什么早期的宇宙空间会是平直空间呢?这称为大爆炸宇宙学的平直疑难。

    再例如,根据大爆炸宇宙学的计算,今天宇宙中存在的磁单极子的数密度只比重子的数密度小1 ~ 2个量级,是非常容易获得的。但是人们使用了不同的方法、不同的探测仪器并在不同的地点,都未观测到磁单极子的存在。尽管探测磁单极子的工作还在继续进行,但是理论计算与实验观测之间的如此巨大的差异不能不令人费解。这称为大爆炸宇宙学的磁单极子疑难。

    人们期待着,在保持大爆炸宇宙学的大原则的前提下,对其理论作必要的修正或补充,上述疑难问题得以解决的同时,大爆炸宇宙学的理论模型必将更加完善。

       
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