高氏宇宙起源假说

“宇宙”是物质世界，它处于不断的运动和发展中。千百年来，人们一直在探寻宇宙是什么时候、如何形成的？也就是说，探索宇宙的起源。

宇宙起源学说

关于“宇宙起源学说”，大概有：盖天说、浑天说、宣夜说、地心说、日心说、大爆炸说等。

盖天说

“盖天说” 是中国古代最早的一种宇宙学说。在春秋时代周朝人所著的《周髀算经》中就有“天象盖笠，地法覆盘”的说法。这一学说认为，天是圆形的，像一把张开的大伞覆盖在地上；地是方形的，像一个棋盘，日月星辰则像爬虫一样过往天空，因此这一学说又被称为“天圆地方说”。

但圆盖形的天与正方形的大地边缘无法吻合。于是又有人提出，天并不与地相接，而是像一把大伞一样高高悬在大地之上，地的周边有八根柱子支撑着，天和地的形状犹如一座顶部为圆穹形的凉亭。共工怒触不周山和女娲氏炼石补天的神话正是以持这种见解的“盖天说”为依据的。

战国末期，新的盖天说诞生了。新“盖天说” 认为，天是球穹状的，地也是球穹状的，两者间的间距是8万里，北极位于天穹的中央，日月星辰绕之旋转不息，新“盖天说”通常把日月星辰的出没解释为它们运行时远近距离变化所致，离远了就看不见，离近了就看见它们照耀。

浑天说

“浑天说” 可能始于我国战国时期。屈原《天问》：“圜则九重，孰营度之？”这里的“圜”有的注家认为就是天球的意思。西汉末的扬雄提到了“浑天”这个词，这是现今所知的最早的记载。

“浑天说”最初认为，地球不是孤零零地悬在空中的，而是浮在水上。后来又有发展，认为地球是浮在气中，因此有可能回旋浮动。“浑天说”认为，全天恒星都布于一个“天球”上，而日月星辰则附于“天球”上运行，这与现代天文学的天球概念十分接近。

直到东汉时，我国著名的天文学家张衡提出了完整的“浑天说” 宇宙学说。在《张衡浑仪注》中说：“浑天如鸡子。天体圆如弹丸，地如鸡子中黄，孤居于天内，天大而地小。天表里有水，天之包地，犹壳之裹黄。天地各乘气而立，载水而浮。周天三百六十五度又四分度之一，又中分之，则半一百八十二度八分度之五覆地上，半绕地下，故二十八宿半见半隐。其两端谓之南北极。北极乃天之中也，在正北，出地上三十六度。然则北极上规径七十二度，常见不隐。南极天地之中也，在正南，入地三十六度。南规七十二度常伏不见。两极相去一百八十二度强半。天转如车毂之运也，周旋无端，其形浑浑，故曰浑天” 。

可见“浑天说”比“盖天说”进了一步，它认为天不是一个半球形，而是一整个圆球，地球在其中，就如鸡蛋黄在鸡蛋内部一样。不过，“浑天说”并不认为“天球”就是宇宙的界限，它认为“天球”之外还有别的世界，即张衡所谓：“过此而往者，未之或知也。未之或知者，宇宙之谓也。宇之表无极，宙之端无穷。显然，“浑天说”包含着朴素的“地心说”的萌芽。

宣夜说

“宣夜说”是我国古代的一种宇宙学说，最早出现于战国时期，到汉代则已明确提出。“宣”，明也；“夜”，幽也。 “宣夜”，就是“宣劳午夜”之意。“宣夜”是说天文学家们观测星辰常常喧闹到半夜还不睡觉。

据《晋书·天文志》记载：“汉秘书郎郗萌记先师相传云：‘天了无质，仰而瞻之，高远无极，眼瞀精绝，故苍苍然也。譬之旁望远道之黄山而皆青，俯察千仞之深谷而窈黑，夫青非真色，而黑非有体也。日月众星，自然浮生虚空之中，其行其止皆须气焉。是以七曜或逝或住，或顺或逆，伏见无常，进退不同，由乎无所根系，故各异也。故辰极常居其所，而北斗不与众星西没也。摄提、填星皆东行，日行一度，月行十三度，迟疾任情，其无所系著可知矣。若缀附天体，不得尔也’” 。

由此可见，“宣夜说”认为，所谓“天”并没有一个固体的“天穹”，而只不过是无边无涯的气体，日月星辰就在气体中飘浮游动。因此，“宣夜说”是中国古代一种朴素的无限宇宙观念。

地心说

“地心说”是长期盛行于古代欧洲的宇宙学说。它最初由古希腊学者欧多克斯提出，后经亚里多德、托勒密进一步发展而逐渐建立和完善起来。

托勒密认为，地球处于宇宙中心静止不动。从地球向外，依次有月球、水星、金星、太阳、火星、木星和土星，在各自的圆轨道上绕地球运转。其中，行星的运动要比太阳、月球复杂些：行星在本轮上运动，而本轮又沿均轮绕地运行。在太阳、月球行星之外，是镶嵌着所有恒星的天球——恒星天。再外面，是推动天体运动的原动天。

“地心说”是世界上第一个行星体系模型。到了16世纪，哥白尼在持日心地动观的古希腊先辈和同时代学者的基础上，终于创立了“日心说”。从此，“地心说”便逐渐被淘汰了。

日心说

十六世纪，波兰天文学家哥白尼经过近四十年的辛勤研究，在分析过去的大量资料和自己长期观测的基础上，于1543年出版的《天体运行论》中，系统地提出了“日心说”。在托勒密的“地心说”体系中，每个行星运动都含一年周期成分，但托勒密对此无法作出合理的解释。哥白尼认为，地球不是宇宙的中心，而是一颗普通行星，太阳才是宇宙的中心，行星运动的一年周期是地球每年绕太阳公转一周的反映。他认为真正的假说或者定理必须能够做到下面两件事情：它们必须能够说明天体所观测到的运动。它们必须不能违背毕达哥拉斯关于天体运动是圆周的和均匀的论断。

“日心说” 认为太阳是宇宙的中心，地球和其他行星都绕太阳转动，“日心说”又称为“日心地动说”或“日心体系”。

通常认为完整的“日心说”宇宙模型是由波兰天文学家哥白尼在1543年发表的《天体运行论》中提出的，实际上在西方公元前300多年的赫拉克里特和阿里斯塔克就已经提到过太阳是宇宙的中心，地球围绕太阳运动。

哥白尼提出的“日心说”，推翻了长期以来居于宗教统治地位的“地心说”，实现了天文学的根本变革。

大爆炸说

“大爆炸说” 是现代宇宙学中最有影响的一种学说。它的主要观点是认为宇宙是由一个致密炽热的“奇点” 于137亿年前一次爆炸后膨胀形成的。“奇点”（或称“引力奇点”）是大爆炸宇宙论所说到的一个“点”，即“大爆炸”的起始点。该理论认为宇宙（时间－空间）是从这一“点”的“大爆炸”后而膨胀形成的。爆炸之初，物质只能以中子、质子、电子、光子和中微子等基本粒子形态存在。宇宙爆炸之后的不断膨胀，导致温度和密度很快下降。随着温度降低、冷却，逐步形成原子、原子核、分子，并复合成为通常的气体。气体逐渐凝聚成星云，星云进一步形成各种各样的恒星和星系，最终形成我们现在所看到的宇宙。

1929年，天文学家哈勃公布了一个震惊科学界的发现。这个发现在很大程度上导致这样的结论：所有的河外星系都在离我们远去。即宇宙在高速地膨胀着。这一发现促使一些天文学家想到：既然宇宙在膨胀，那么就可能有一个膨胀的起点。天文学家勒梅特认为，现在的宇宙是由一个“原始原子”爆炸而成的。这是“大爆炸说”的前身。

美国天文学家伽莫夫接受并发展了勒梅特的思想，于1948年正式提出了宇宙起源的“大爆炸学说”。伽莫夫认为，宇宙最初是一个温度极高、密度极大的由最基本粒子组成的“原始火球”。根据现代物理学，这个火球必定迅速膨胀，它的演化过程好像一次巨大的爆发。由于迅速膨胀，宇宙密度和温度不断降低，在这个过程中形成了一些化学元素（原子核），然后形成由原子、分子构成的气体物质.气体物质又逐渐凝聚起星云，最后从星云中逐渐产生各种天体，成为现在的宇宙。

到了1965年，宇宙背景辐射的发现使“大爆炸说”重见天日。原来，“大爆炸说”曾预言宇宙中还应该到处存在着“原始火球”的“余热”，这种“余热”应表现为一种四面八方都有的背景辐射。特别令人惊奇的是，伽莫夫预言的“余热”温度竟恰好与宇宙背景辐射的温度相当。另一方面，由于有关天文学数据已被改进，因此根据这个数据推算出来的宇宙膨胀年龄，已从原来的50亿年增到100－200亿年，这个年龄与天体演化研究中所发现的最老的天体年龄是吻合的。由于大爆炸说比其他宇宙学说能够更多、更好地解释宇宙观测事实，因此愈来愈显示出它的生命力。

1994年10月，《科学美国人》杂志以“宇宙中的生命”为主题隆重推出了一期专刊，其中登载了四位著名科学家的综述，全面介绍了当代天体物理学界关于宇宙起源与演化问题的研究成果—“大爆炸宇宙模型”。该理论认为，宇宙大约是在100～200亿年以前，从高温高密的物质与能量的“大爆炸”而形成。随着宇宙的不断膨胀，其中的温度不断降低，物质密度也不断减小，逐渐衍生成众多的星系、星体、行星等，直至出现生命。“宇宙大爆炸理论”是20世纪科学研究的重大成就，是基于几十年的创新实验与理论研究的结果。因而获得了科学界的公认，并成为现代宇宙学的标准模型。

现在，大多数天文学家都接受了“大爆炸说”的基本思想，不少过去不能解释的问题正在逐步解决，它是最有影响、最有希望的一种宇宙学说。

“大爆炸说”安排的时间表：

大爆炸开始时：约150亿年前，极小体积，极高密度，极高温度，称为奇点。

大爆炸后10-43秒：约1032度，宇宙从量子涨落背景出现。

大爆炸后10-35秒：约1027度，引力分离，夸克、玻色子、轻子形成。

大爆炸后10-10秒：约1015度，质子和中子形成。

大爆炸后0.01秒：约1000亿度，光子、电子、中微子为主，质子中子仅占10亿分之一，热平衡态，体系急剧膨胀，温度和密度不断下降。

大爆炸后0.1秒后：约300亿度，中子质子比从1.0下降到0.61。

大爆炸后1秒后：约100亿度，中微子向外逃逸，正负电子湮没反应出现，核力尚不足束缚中子和质子。

大爆炸后13.8秒后：约30亿度，氢、氦类稳定原子核（化学元素）形成。

大爆炸后35分钟后：约3亿度，原初核反应过程停止，尚不能形成中性原子。

大爆炸后30万年后：约3000度，化学结合作用使中性原子形成，宇宙主要成分为气态物质，并逐步在自引力作用下凝聚成密度较高的气体云块，直至恒星和恒星系统。

讨论

1. “盖天说”是我国古代一种原始的宇宙认识论，它对许多宇宙现象不能作出正确的解释，同时本身又存在许多漏洞。但是，它对我国古代教学和天文学的发展产生了重要的影响。

2. 在宇宙结构的认识上，“浑天说”显然要比“盖天说”深刻得多，它能更好地解释许多天象。根据“浑天说”理论，我国古代发明了当时世界上最先进的观天仪——“浑天仪”。“浑天仪”是“浑仪”和“浑象”的总称。“浑仪”是测量天体球面坐标的一种仪器，而“浑象”是古代用来演示天象的仪表。“浑天仪”是我国东汉天文学家张衡所制。借助于“浑天仪”，浑天家可以用精确的观测事实来论证“浑天说”。在我国古代，依据这些观测事实而制定的历法具有相当的精度，这是“盖天说”所无法比拟的。“浑天说”在中国古代天文领域称雄了上千年。

3. “宣夜说”是我国历史上最有卓见的宇宙无限论思想。“宣夜说”是天文学家们在对星辰日月的辛勤观察中得出的。不论是中国古代的“盖天说”、“浑天说”，还是西方古代的“地心说”，乃至哥白尼的“日心说”，无不把天看作一个球形，星星都固定在这个球壳上。“宣夜说”否定这种看法，认为宇宙是无限的，宇宙中充满着气体，所有天体都在气体中漂浮运动。“宣夜说”打破了固体天球的观念，这在古代众多的宇宙学说中是非常难得的。这种宇宙无限的思想出现于两千多年前，是非常可贵的。可惜，“宣夜说”的卓越思想，在中国古代没有受到重视，几至失传。

4. “地心说”是长期盛行于古代欧洲的宇宙学说。它最初由古希腊学者欧多克斯提出，后经亚里多德、托勒密进一步发展而逐渐建立和完善起来。“地心说”是世界上第一个行星体系模型。尽管它把地球当作宇宙中心是错误的，然而它的历史功绩不应抹杀。“地心说”认为地球是“球形”的，并把行星从恒星中区别出来，着眼于探索和揭示行星的运动规律，这标志着人类对宇宙认识的一大进步。“地心说”最重要的成就是运用数学计算行星的运行，托勒密还第一次提出“运行轨道”的概念，设计出了一个本轮均轮模型。按照这个模型，人们能够对行星的运动进行定量计算，推测行星所在的位置，这是一个了不起的创造。

因为“地心说” 符合神权统治理论的需要，它与基督教会所渲染的“上帝创造了人，并把人置于宇宙中心”的说法不谋而合，因此，在中世纪的欧洲，托勒密的“地心说”一直占有统治地位。

5. “日心说” 认为太阳是宇宙的中心，地球和其他行星都绕太阳转动。哥白尼提出的“日心说”，推翻了长期以来居于宗教统治地位的“地心说”，实现了天文学的根本变革。

6. “大爆炸说”比其他宇宙学说能够更多、更好地解释宇宙观测事实，因此愈来愈显示出它的生命力。“大爆炸说” 是现代宇宙学中最有影响的一种学说。“大爆炸宇宙理论” 得到了三个强有力的直接证据的支持，即哈勃红移、氦元素丰度和3K微波背景辐射。“宇宙大爆炸理论”是20世纪科学研究的重大成就，是基于几十年的创新实验与理论研究的结果。因而获得了科学界的公认，并成为现代宇宙学的标准模型。现在，大多数天文学家都接受了“大爆炸说”的基本思想，不少过去不能解释的问题正在逐步解决，它是最有影响、最有希望的一种宇宙学说。

“大爆炸说”的难题和困窘

时间

“时间”是永恒的，还是有限的？也就是说，宇宙是永恒存在的，还是有起始的？

按照“大爆炸宇宙论”的说法，认为“宇宙是由一个致密炽热的‘奇点’ 于137亿年前一次爆炸后膨胀形成的”。那么，在“奇点”之前又是什么呢？这是“大爆炸宇宙论”的困窘之一。

关于这个问题，“大爆炸宇宙论”只好解释说：大爆炸之前发生了什么、是什么引起了大爆炸，这些问题在逻辑上就是没有意义的。那以前所有的，只是“无”。在“奇点”之前，“时间”是“无”！也就是说，在“奇点”之前是没有“时间”的。所谓的“奇点”是“无中生有”的！“时间”也是“无中生有”的！

空间

“空间”是永恒的，还是有限的？这是“大爆炸宇宙论”的困窘之二。

按照“大爆炸宇宙论”的说法，既然在“奇点”之前，“时间”是“无”。那么，在“奇点”之前，“空间”也是“无”！“空间”也是“无中生有”的！

因此，“大爆炸宇宙论”只能说：宇宙诞生之前，没有时间，没有空间，也没有物质和能量。它产生于“无”。也就是说，宇宙是“无中生有”！ 但这些解释都不能令人信服。

3.“ 大爆炸宇宙论”面临的难题还有：如果宇宙继续无限膨胀下去，最后的结局如何呢？

德国物理学家克劳修斯指出，能量从非均匀分布到均匀分布的那种变化过程，适用于宇宙间的一切能量形式和一切事件，在任何给定物体中有一个基于其总能量与温度之比的物理量，他把这个物理量取名为“熵”，孤立系统中的“熵”永远趋于增大。但在宇宙中总会有高“熵”和低“熵”的区域，不可能出现绝对均匀的状态。所以，认为由于“熵”水平的不断升高而达到最大值时，宇宙就会进入一片死寂的永恒状态，最终“热寂”而亡的结局。也就是说，当宇宙膨胀到一定程度，所有星系行星会疏离，分子分解至夸克，而至更小，整个宇宙将变成“死寂”状态。

还有一种说法认为：宇宙正在“加速扩张”。美国人索尔·珀尔马特和亚当·里斯以及持有美国和澳大利亚双重国籍的布赖恩·施密特获得2011年度诺贝尔物理学奖。诺贝尔物理学奖评审委员会4日评价，这3名获奖者“研究几十颗处于爆炸状态的恒星即‘超新星’，发现宇宙正在扩张过程中，扩张速率不断加速”。

这个发现，被瑞典皇家科学院称为“震动了宇宙学的基础”。

诺贝尔物理学奖评审委员会认定，3名获奖者所获研究结果改变了人类对宇宙的认识。“将近一个世纪，一种公认看法是，宇宙正在扩张，是大约137亿年前‘大爆炸’的结果。”评审委员会说。“不过，发现宇宙扩张正在加速，令人惊异。”评审委员会介绍说，“如果扩张继续加速，宇宙将以冰冻状态终结。”

“热寂说”是热力学第二定律的宇宙学推论，这一推论是否正确，引起了科学界和哲学界一百多年持续不断的争论。总之，“热寂说”认为：宇宙是有限的。有始有终。

为此，我提出“高氏宇宙假说”：时间是“无始无终”；空间是“无边无界”；质量是“无穷无尽”。这就是“高氏三无宇宙假说”。

1. 时间“无始无终”

“我们的宇宙”（注：特指我们所处的“宇宙”，以区别除我们所处的“宇宙”之外的“宇宙”）是由一个致密炽热的“奇点” 于137亿年前一次爆炸后膨胀形成的（引用“大爆炸”的观点）。但是，这个“奇点”是前一个“宇宙”在“大暴缩”后所形成的一个“奇点”，而不是什么“无中生有”的。这个“奇点”为什么会突然发生大爆炸呢？我们可以假设这个致密炽热的“奇点”的能量达到了某个“临界值”，称为“临界点”，自然就发生了“大爆炸”。就像水在标准大气压下，当温度达到100℃时，自然会沸腾一样。

“我们的宇宙”目前正处在向外“加速扩张”的阶段，但并不是像直线状的向外扩张，而是以螺旋状按不确定的轨道不断向外扩张。因为，在“宇宙”的范围内，由于“引力” 的作用，没有任何物质是以直线状运动的。奇妙的螺旋形是自然界中最普遍、最基本的物质运动形式。大至旋涡星系，小至DNA分子，都是在这种螺旋线中产生。看来大自然并不认可笔直的形式，自然界所有物质的基本结构都是曲线运动方式的椭圆环形状。从原子、分子到星球、星系直到星系团、超星系团无一例外，毋庸置疑，浩瀚的宇宙就是一个大旋涡。

当“我们的宇宙”继续扩张到一定程度时，它的能量达到了某个“临界值”，亦称为“临界点”，比如说，温度趋于绝对零度（T≈0K）时。自然就发生了“大暴缩”。就像水在标准大气压下，当温度达到0℃时，自然会结冰一样。

假使如此，未来所有恒星上的热核反应都将逐渐停止，留下的将是各种各样的宇宙“熔渣”——黑矮星、中子星和黑洞，而宇宙的背景辐射温度将不断下降，以至于无限地趋近于绝对零度（T≈0K），此时宇宙开始收缩，温度又重新上升。当宇宙不断收缩至愈来愈接近它的最后阶段时，环境条件同大爆炸后不久起支配作用的那些条件越来越相似，宇宙又重新回到处于“奇点”状态的基本粒子“混沌”状态。这实际上是一个反演过程。在宇宙暴缩的最后时刻，引力成为占绝对优势的作用，所有的物质都将因挤压而只剩下一个“奇点”，

到此时，“我们的宇宙”就算是彻底结束了，因此，对于“我们的宇宙”而言，“时间”是“有始有终”的。但是，“我们的宇宙”所形成的这个“奇点”，必然又会引发另一次“大爆炸”而形成另一个新的“宇宙”，如此反复循环，所以说，“时间是无始无终”。

2. 空间是“无边无界”

"空间"是抽象概念，其内涵是无界永在。“空间”是与“时间”相对的一种物质客观存在形式，由长度、宽度、高度、大小表现出来。

“奇点”是“无中生有”的吗？显然不是的。“空间”也是“无中生有”的吗？当然不是。那么，“奇点”的“空间”是“无”吗？显然也是错误的。“奇点”是没有大小的“几何点”，就是不实际存在的点，这是很令人难于理解的。

原子的直径约10－8厘米，电子的直径约10－16厘米，引力子的直径约10－24 厘米，奇子的直径约10－33 厘米，与普朗克尺度相当。将太阳压缩成一个直径2.95公里的球体，就成为黑洞，这时中子泡沫被压碎，没有什么力量能阻止它进一步向内塌缩，如果按引力子的实际体积，一个太阳质量黑洞的引力子总体积只相当于一个直径为10－2厘米的球体。

所谓“基本粒子不基本”、“基本电荷非整数”。在夸克理论提出后，人们认识到基本粒子也有复杂的结构，根据作用力的不同，粒子分为强子、轻子和传播子三大类。如果夸克不是物质分割的极限，夸克和轻子可能是由某些更为基本的粒子所组成，比如说“X子”吧。即使“奇点”是由更小的“X子”粒子组成，它也是有“体积”的，

再说作用力，基本力即自然界的4种基本力：万有引力、电磁相互作用力、弱相互作用力、强相互作用力。但是，并不排除人们还可能发现“第五种”，甚至“第六种”基本力，比如“X力”。

“奇点”就是由“X子”在“X力”的作用下形成的一个“点”，它是一个“温度极高、密度极大、能量极大、质量极大”的“奇点”，但它是有“体积”和“空间”的，也许“体积”和“空间”很小，只是一个“点”，但绝不是“无”。而且，这个“奇点”也绝不是从“无中生有”而来的，它是由前一个“宇宙”经“大暴缩”后形成的。

然而，就“我们的宇宙”而言，“我们的宇宙”的“空间”不是“无边无界” ，而是“有边有界”、“有限的”。所谓空间是“无边无界”，是因为在“我们的宇宙”的“空间”之外，还有无限个其他的“宇宙”，它不是什么“平行宇宙”，是和“我们的宇宙”一样，同样经历“奇点-大爆炸-大暴缩-奇点”的反复循环之中。所以说，空间是“无边无界”。显然，关于“我们的宇宙”的“空间”之外，还有无限个其他的“宇宙”，这点人类是无法观测证明的，因为，人类目前还观测不到“我们的宇宙”的“边缘”呢。

3. 质量是“无穷无尽”

对“我们的宇宙”的“奇点”而言，虽然它的“密度极大”、“质量极大”，但它的质量还是“有限的”，不是“无限的”。在科学中有三个基本定律，即质量守恒定律，能量守恒定律和电荷守恒定律。“奇点”的质量就等于“我们的宇宙”现在所有物质质量的总和。

奇子质量约为4.5551 x10-31次方kg，直径约为1.603736x10-59方米，半径约为8. 01868x10-60方米。假设“X子”的质量为1 x10-YY次方kg，所有“X子”的质量总和，应当等于“我们的宇宙”现在所有物质质量的总和。

然而，在“我们的宇宙”的“空间”之外，还有无限个其他的“宇宙”，所以说，质量是“无穷无尽”。

“宇宙”（当然也包括“我们的宇宙”）是“无始无终”、“无边无界”、“无穷无尽”，“宇宙是永恒的”。

二〇一五年四月二十五日星期六