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1、广义相对论方程的根本缺陷是没有热力学效应，既无热力以对抗引力 张 洞 生 Email: 【内容摘要】：现在爱因斯坦的广义相对论方程几乎与所有当代的物理学的新观念联系在一起。比如，宇宙起源，奇点，黑洞，零点能，真空能，N 维空间等等。然而，已经观测到的物理真实往往证实这些与广义相对论方程相结合的新观念的虚幻性和谬误。其中最明显而困惑科学家们数十年的“奇点”问题就是其中之一。宇宙中根本没有具有无穷大密度“奇点”存在的任何迹象。再如，按照 J. Wheeler 等估算出真空的能量密度可高达 1095g/cm3。 9 这些都是不可思议的。在本文中，作者改采用霍金的黑洞量子辐射理论和公式，只研究黑洞在
2、其视界半径上的收缩和膨胀，而不研究黑洞的内部状态。结果，黑洞只能收缩成为普朗克粒子 mp,而在普朗克领域消失，不可能最后收缩成为“奇点”。作者并由此证实许多新观点和结论比现代故弄玄虚的科学新观念显得更为可信可靠。 【关键词】：广义相对论，黑洞；奇点；宇宙黑洞；黑洞的霍金辐射；宇宙起源；字宙监督原理；普朗克领域；零点能；真空能；宇宙常数；N 维空间；宇宙加速膨胀；多宇宙； 1. 科学研究的结论和结果取决于研究方法。 不同的研究方法会得出不同的结果和结论。但是不同理论的结论的正确与否只能根据是否符合观测和实验的数据予以确证。本文是将宇宙产生的膨胀和收缩都用霍金的黑洞理论和予以论证。当黑洞在其视界半
3、径(Event Horizon)上因发射霍金辐射 (Hawking Radiation)而收缩或者因吞噬外界能量-物质而膨胀时，其视界半径上各种物理量（参数）的变化，与其内部结构和物质密度的分布无关，而只与黑洞质量 Mb 有关。从而证明：黑洞的视界半径最后只能因不停地发射霍金辐射而收缩成为最小黑洞 Mbm = (hC/8G)1/2 =10-5 g = mp，即普朗克粒子时，就在普朗克领域爆炸消失。因此，黑洞就不可能在其视界内部的中心出现“奇点”。作者这种简单而有力的证明方法无需解复杂的广义相对论方程，避免了该方程中因单纯的引力收缩而最终产生“奇点”的荒谬结论。（附注：本文只分析广义相对论方程与
4、真实物理世界差异所产生的问题，不涉及诸如惯性质量与引力质量等同性和所有参照系的等效性之类的抽象原理。） 2。现在爱因斯坦的广义相对论方程几乎与所有当代的物理学的新观念联系在一起。比如，宇宙起源，奇点，黑洞，零点能，真空能，暗能量，N 维空间等等。或者说，所有这些新观念都被新潮的物理学者塞进广义相对论方程以便能披上一件合乎主流理论的外衣。然而，已经观测到的物理真实往往证实这些与广义相对论方程相结合的新观念的虚幻性和谬误。其中最明显而困惑科学家们数十年的“奇点”问题就是其中之一。宇宙中根本没有具有无穷大密度“奇点” 存在的任何迹象。然而，近四十年前，R彭罗斯和霍金发现广义相对论存在空时失去意义的“
5、奇性”；星系演化经过黑洞终结于奇点，宇宙开端有奇性。甚至可能存在“裸奇性” ，于是不得不提出“ 字宙监督原理” （hypothesis of cosmic censorship）来，以规避理论的错误。奇性，这一理论病态的发现是理论研究的重要进展，却又与等效原理不协调。17再如，按照 J. Wheeler 等估算出真空的能量密度可高达 1095 g/cm3。9 这些都是不可思议的。 3。既然由推导广义相对论方程得出“奇点”的结论不符合物理世界的真实性，这证明广义相对论方程本身有无法克服的缺陷。广义相对论方程是爱因斯坦头脑中的产物，不是建立在坚实可靠的实验基础上的。从哲学上来讲，广义相对论方程中只
6、有物质引力而无对抗引力的斥力是先天不足的。是无法解出物体内部粒子的运动状态的，因为宇宙中任何物体的稳定存在都是其内部物质的引力与斥力相平衡的结果。而后来从外部加进出的具有排斥力的宇宙常数 也是后天失调的。爱因斯坦于 1915 年建立了广义相对论。尽管他的假说甚至有错误，但是广义相对论方程将时空结合的宇宙观却有划时代的哲学和科学意义，仍是划时代理论（对于时空的非对称性的无法解释是该理论的另一重大缺陷）。按照爱因斯坦通俗的解释，如同钢球会把绷紧的橡皮膜压弯，太阳会使其周围的空间时间弯曲。由此，他说明了牛顿引力无法解释的水星近日点的剩余进动，预言经过太阳附近的光线会偏折等。牛顿体系是一个没有完成的理
7、论体系。爱因斯坦以狭义相对论为基础，发展到广义相对论，进而建立相对论性宇宙论的相对论体系，包含了牛顿体系的合理内容，克服了牛顿体系的一些重大疑难。爱因斯坦之后，有关广义相对论和宇宙论的研究也取得了一些进展。但是，这个体系也是一个没有完成的伟大体系。17 晚年的爱因斯坦写道： “大家都认为，当我回顾自己一生的工作时。会感到坦然和满意。但事实恰恰相反。在我提出的概念中，没有一个我确信能坚如磐石，我也没有把握自己总体上是否处于正确的轨道。”这位创造了奇迹，取得划时代伟大成功的科学巨匠，以他的辉煌，谦虚地陈述着一个真理。17 4. 广义相对论方程本身的根本问题和无法克服的缺陷是没有与热力学联系在一起，
8、也就是说没有时间方向。因此得出一团物质粒子自身的引力收缩会成为“奇点”的荒谬结论。霍金黑洞理论的优越性就在于将黑洞视界半径 Rb 上的物理状态始终与热力学联系在一起，从而证实我们宇宙的生长衰亡规律符合黑洞的理论和规律。热力学定律是宇宙中最根本的规律，是因果律在物理学中的化身，任何普遍（适）性的理论如果不与热力学结合在一起，必然难以成功。现有的广义相对论方程的各种解都有 2 个最主要的假设前提：一是质量守恒。二是零压（恒压）宇宙模型，即不考虑温度变化而产生的热压力改变。正是这 2个假设违反了热力学定律，而最终导致用广义相对论方程解出一团物质的自然收缩到会成为违反热力学定律“奇点” 。假设有一大团
9、定量物质粒子 M 收缩时， 1*。当 M 在绝热条件下由状态 1 改变到状态 2 时，根据热力学第二定律，热量 Q，熵 S 和温度 T 的关系为TdS = C + Q2 - Q1。在 Q2 - Q1 = 0 时，因为熵总是增加的，所以温度 T 必然降低。这就是说，假设有一大团定量物质粒子 M 在自由绝热状态下改变其状态时，只能降温膨胀，绝对不可能靠其粒子的自身的引力产生收缩。 2*。在 M = M1 + M2 时，根据热力学定律，如 M 在绝热过程中，当其中 M1 部分收缩而使得其温度增高和熵减少时，必然使其另一部分 M2 的熵的更多的增加。这就是说，M2必须作为能量或物质从 M1 中抛射出去
10、，才能使 M1 收缩和提高温度减少熵。如能继续收缩，结果就是 M1 会愈变愈少，而发射出去的 M2 愈来愈多。这就是宇宙中一团物质（包括黑洞）在实际过程中，符合热力学定律的收缩。当物体中的热量无法排出或有外界供给足够的热量时，物体是不可能收缩的。 3*。当 M1 因发射能量-物质而收缩到史瓦西条件时，即 M1 = C2 R1/2G 时，M1 就成为黑洞。其视界半径将能量-物质 M1 都禁锢在黑洞内，并吞噬外界的能量物质。当外界没有能量-物质可被黑洞吞噬时，黑洞只能不停地逐个的发射霍金辐射量子。使 M1 收缩变小的极限就是最后成为最小黑洞 Mbm = (hC/8G)1/2 =10-5 g 时，在
11、普朗克领域爆炸消失。可见，彭罗斯和霍金是假定在质量守恒和零压宇宙模型的条件下而得出广义相对论方程会出现“奇点”的结论的。这是违反实际过程中的热力学定律的。 5. 在真实的宇宙或者一团定量的 M 物质粒子中，状态和温度的改变是如何影响粒子ms 在外部和内部的运动的？假设有质量为 M 的物质粒子在半径为 R 的橡皮球内，温度为T。设橡皮球的弹力忽略不计。 1*。当 ms 在 R 的外面，距离球中心为 Rs，因此 ms 受 M 的引力作用在 M 外作测地线运动，Rs 的曲率半径为 Ks.当 M 绝热膨胀到 T1 时，半径增大为 R1，即 R1 R，这表明 M距离 ms 更加近了，引力也加大了，所以此
12、时在 M 外面的 ms 运动 的曲率半径变成为 Ks1，于是 Ks1 Ks 。 2*。当 M 因排热收缩到 T2 时，半径减小为 R2，即 R2 R，这表明 M 距离 ms 更加远了，引力减弱了，所以此时 ms 运动的曲率半径变成为 Ks2，于是 Ks2 Ks 。 3*。如果 ms 在 M 内部，当 M 膨胀或收缩时，由于 R 的增大或减小， ms 的位置和其运动的测地线也会随着改变。可见，解广义相对论方程所假设的“零压宇宙模型”是与真实的物理世界不相符的。温度对物质粒子在外部和内部运动的影响在任何情况下都存在，而且是不可以忽略的，忽略就会出现“奇点”。其实，这就是定性的将宇宙常数 引进广义相
13、对论方程中的能量-动量张量内部进行分析的结果，这相当于引进一种能量密度为 = /8G， 压强为 p = -/8G 的能量动量分布，问题还在于这种 与 p 不仅与温度有关，而且与一定温度下的物质结构有关。因此所有解该方程的学者们不得不简化和加进许多限制条件以求解出方程。但是自由绝热状态下的物质粒子团只会增加墒而降温膨胀，这表明任何时候物质粒子的热压力都超过其引力。只有当其内部的剩余热量流出到外界后，该团物质才会收缩。因此，假设任何一团物质粒子会收缩本身就是一个与物理真实相违背的伪命题。该团物质粒子能够收缩成为“奇点”的充分必要条件必须是该团物质在任何条件下都能将内部热量排除除去，而这是不可能的。
14、特别是物质团被压缩成为黑洞后，因无法向外排出热量，黑洞内部的物质就更无可能靠其自身的引力继续收缩，更绝无可能收缩为“奇点”。所以“奇点” 是广义相对论学者们在解方程时违背热力学规律的假设所造成的荒谬恶果。 6。我们宇宙本身和其内部任何物质物体的结构的稳定存在都是在一定温度的条件下，其内部的引力和斥力相对平衡的结果。所以广义相对论方程中只有引力而无斥力是违反我们宇宙和其内部物体物质结构稳定存在的普遍规律的，也就是违反热力学定律和因果律的。 第一；宇宙中任何小于 1015 克的物体，其中心不一定有一个较坚实的核心，因为该物体本身的化学结构就可以对抗自身的引力塌缩。但是质量大于 1015 克的行星，
15、恒星，致密天体，星团，星系等等，其中心一定存在着对抗其自身引力塌缩的较坚实的核心。地球和行星的中心有坚实的铁质流体或固体。太阳和恒星的中心有提供高温的核聚变坚实中心对抗中心外的物质的引力塌缩。白矮星的中心有密度约 106g/cm3 的电子简并的坚固核心。中子星的中心有密度约 1016g/cm3 的中子简并的坚固核心。每个星系的中心都有密度较大的巨型黑洞。 第二；在我们宇宙内，最实际的关键问题是，现在我们宇宙中所能产生的最大压力是强烈的超新星爆炸。而这种压力也只能将物质粒子压缩到约 1016g/cm3 的高密度，而形成恒星级黑洞，但还不能破坏质子中子的结构，将其压垮。估计物质粒子的密度达到 10
16、53g/cm3才能压垮中子（质子），而压垮夸克的物质密度估计应达到 1093g/cm3。宇宙中恒星级黑洞的内部因无可能再产生超新星爆炸，靠黑洞内部物质本身的引力收缩不可能克服质子和夸克的泡利不相容斥力的对抗。因此，更绝无可能塌缩出无穷大密度的“奇点”。 第三；因为爱因斯坦建立广义相对论方程时，只知道 4 种作用力中的 2 种，即引力和电磁力，而不知道尚有弱作用力和强作用力（核力）。当大量的物质粒子因引力收缩而密度增大时，它们的弱力，电力和核力所构成的物质结构对引力收缩的对抗作用会随着密度的增大而显现出来。这就是上面所说的靠大量物质自身的引力收缩是不能逐一压垮这些力所构成的物体的坚实结构的。7。原先只有 2 项的广义相对论方程实际上是一个动力学方程，它在什么样的条件下能够得出较准确的结果？即其有效的适用范围是什么？为什么水星近日点的进动，光线在太阳引力场中的偏转会成为广义相对论方程较准确的验证？一个不加任何
