論大爆炸宇宙學說及其模型

沈乘宇

上篇文章我們對哈勃常數進行了多方面的研討，結果令人十分困惑和費解，因為這個舉世矚目的宇宙常數存在嚴重低級的問題，而且人們對它的問題長期熟視無睹，在它出現巨大誤差的情況也還在不斷地修改和應用它，甚至人們認為這一問題通過技術調整已經得到解決。但實際上哈勃常數問題是簡單低級的宏觀物理學問題，而不是復雜抽象的物理學問題，是不可以通過簡單的技術調整解決的，也是不可以用抽象概念模糊化的。從哈勃常數這一簡單的問題上看，我們甚至認為大爆炸宇宙學說的其它環節上也可能存在類似的問題，本著這樣一種揣想，我們對大爆炸宇宙學說的其它一些主要理論和依據展開研究，以重新評估和檢驗這一學說的正確性和可靠性。

研究結果正如我們所預見的，大爆炸宇宙模型不只是存在哈勃常數的問題，而且也普遍存在其它問題，這些問題都是物理學中很基本普通的，甚至是低等的。這些問題的普遍存在反過來支持了我們早前對哈勃常數的論證。此外，我們經過對其模型的探討，不僅解決了大爆炸宇宙學說論者提出的一些問題，并取得了一些超出大爆炸宇宙學說研究之外的成果，如宇宙的統一性、能量空間、宇宙力、光速不可超越的原因，等等?？梢哉J為這些成果是前所未有的，并將可能對人們進一步探討宇宙有重要影響。本作者將在下篇文章《論宇宙的統一性與宇宙的存在模式》中詳細向讀者介紹。

下面我們將首先圍繞大爆炸宇宙學說及其模型的有關問題展開討論。

一、大爆炸宇宙學說的解釋階段

在現有的物理學吸引力理論下，任何一個宇宙學說或模型，歸根結底最終要解決的無非只有兩個最基本的問題，即一個是宇宙星系之間的引力平衡問題，另一個是星系物質的起源問題。這是兩個本質不同的問題，在這兩個問題中，首先要考慮的是宇宙星系之間的引力平衡問題，其次才是星系物質的起源問題，無論是人們熟知的大爆炸宇宙模型或是其他的宇宙模型都是如此。

為什么人們在建立一個宇宙模型時總是必須首先要考慮星系的引力平衡問題呢？這還得從人們對宏觀天體運動和天體力學的傳統認象說起。人們通常習慣這樣認為，行星與衛星之間以及行星與恒星之間，甚至于恒星與星系之間都是通過相互繞轉所產生的離心力來平衡引力或保持間距的，例如月亮圍繞地球旋轉所產生的離心力抗衡了地球的引力和保持了與地球的間距，九大行星圍繞太陽旋轉不僅抗衡了太陽的引力而且保持了各自的軌道間距，同樣，億萬個恒星也是依靠繞轉離心力來抗衡星系中心引力的，等等，然而，人們對于星系與星系之間的引力平衡方式和原理卻不能完全認識和理解，因為人們并沒有發現宇宙星系之間普遍存在相互繞轉的現象，這就不能用離心力與引力的平衡原理來解釋星系與星系的分離和間隔狀態，于是人們猜想星系之間必然還會存在其他的分離力量和引力平衡的原理，究竟要確定那一種引力平衡原理來保持星系的分離和間隔狀態也就成為各種宇宙模式解釋宇宙的最基本的也最核心的問題。但一個宇宙模型要選擇一種解釋星系引力平衡的原理并不難，難的是這種原理必須同時要滿足和吻合它所描述的宇宙時空的起源規律和生存邏輯，否則這個模型對宇宙的解釋將不會完滿。有很多早期建立的宇宙模型由于在引力平衡原理方面存在缺陷而不能自圓其說，例如前面所說的穩恒態宇宙模型就是如此，盡管這種宇宙模型在解釋宇宙無限性方面有可行之處，但多數人認為它在宇宙星系引力平衡上存在問題上，因此最終未能得到認同。然而經過我們本篇文章的論證（詳見本文笫五節），穩恒態宇宙模型的問題并不出在星系引力的平衡上，人們以此理由否定它是不公平的！

自從一九二九年哈勃發現星系光譜線紅移現象后，人們開始萌生了“宇宙要么收縮要么膨脹”的思想，并最后建立了宇宙始一次和源一點的大爆炸宇宙學說及其模型。它的基本原理我們在<<論哈勃常數及其宇宙時空的觀測界限>>一文中己有所論述。為了解決宇宙星系之間的引力問題，人們想象利用大爆炸宇宙的能量膨脹力和質量的方向慣性力，使星系物質抵消或抗衡相互之間的引力，維持星系的個別狀態和慣性狀態，并使宇宙時間與空間產生矢量和標量的概念。我們可以從大爆炸宇宙學說及其模型的建立和發展史中了解到，人們之所以產生“宇宙要么收縮要么膨脹”的思想直至最終形成宇宙源于一點始于一次大爆炸的宇宙觀，是人們首先考慮星系之間引力平衡方式的原因，而不是首先考慮宇宙起源和物質生成方式的原因，人們一開始就把宇宙的膨脹看作是星系引力得以平衡和個別慣性狀態得以維持的一種力量，只是到了后來，人們才開始產生了宇宙膨脹的逆向思維，這種逆向思維最終引發了整個宇宙物質可能起源于同一地點同一時間的假想。

人們對大爆炸宇宙模型的想象似乎是兩全齊美無與倫比的，是因為大爆炸宇宙模型在解決宇宙星系引力平衡原理問題的同時也解決了宇宙時間和空間的起源及生成方式問題，但這也只是一種學說理論的延長和放大而己。盡管人們已收集到的證據和現有的理論成果能夠勉強解釋星系引力平衡的問題，或者能夠勉強解釋宇宙星系正在膨脹的問題，但對于宇宙是否是相對于一點還是相對于多點的膨脹，人們根本沒有這方面的信息和依據。尤其是大爆炸宇宙模型存在著能量、質量和空間的奇點問題，它比其它宇宙模型對于宇宙的解釋更莫名其妙和難以理解，如果說大爆炸宇宙模型有什么優越之處的話，那就是大爆炸宇宙模型似乎具有可能解釋星系引力平衡方式的依據（宇宙在膨脹），而其他宇宙模型則連這些可能依據也一無所有。所以說，大爆炸宇宙模型的解釋水平實際上仍停留在宇宙星系引力平衡原理或宇宙存在方式的問題上，這離解釋宇宙的起源以及物質的生成方式的目標還是極其遙遠的。

事實上大爆炸宇宙學說或模型不外乎有如下大依據理由：

（1）、發現宇宙星系的光譜普遍存在紅移現象，這種現象可能表明宇宙在膨脹和星系在遠離地球，而且膨脹星系的退行遠離遵循哈勃定律；

（2）、發現太陽系物質存在生存年齡，由此推想宇宙物質也存在同樣的生存年齡；

（3）、發現地球周圍空間存在各向同性的微波背景輻射，這種微波背景輻射被認為可能是宇宙大爆炸的遺跡和充分理由；

（4）、宇宙天空為什么是黑的，是因為宇宙星系物質是有限的，既然物質是有限的，時間也是有起始的，因此可以認為宇宙是始源于一次和一點的大爆炸產生而來的。

二、關于宇宙和物質的年齡

我們從教科書上經?？吹饺藗兊倪@樣一個觀點：物質存在年齡是宇宙起源一次大爆炸的一個證據。粗略地聽來總會覺得這個說法無不道理，因為物質存在年齡與宇宙有始有終似乎在邏輯上是相吻合的，而這種吻合又似乎說明了宇宙起源于一次和一點大爆炸的可能性是存在的，但稍加認真分析我們就會發現這一推理疑點很多，難以成立，具體分析是：

第一，沒有任何理由表明，物質存在年齡是大爆炸宇宙模型獨有的一個特性，而我們卻可以從各種宇宙模型的研究理論中得知物質存在年齡的現象是各種宇宙模型的一個共性，宇宙的存在模式與物質的年齡并無絕對關系，物質的年齡作為物質在宇宙的一個生存時間片段是不可能因為宇宙的存在模式而可有可無的，無論宇宙的存在模式如何，是有始有終的還是無始無終的，其宇宙物質都可能存在生存年齡，并且這種生存年齡的大小取決于存在方式和宇宙條件。宇宙物質存在年齡的現象是宇宙存在的分別現象而不是統一現象，大爆炸宇宙模型強調物質存在年齡作為本學說的一個支持理由實際上是把宇宙的這一分別現象視為本模型的專有特性，這顯然是不合理的。

第二，人們從不否認，人們以各種方法對不同的宇宙區域測定的宇宙物質年齡都沒有相同的時間結果，例如地球與太陽的年齡，太陽與其它恒星的年齡，恒星與恒星的年齡，星系與星系的年齡都不盡相同，并且差異很大，一些遙遠星系的年齡已被人們認為達到了150億年以上，而地球年齡只有45億年左右。顯然，像這樣參差不齊的物質年齡根本不能說明宇宙有統一的生存時間，更不能說明宇宙是起源于一點和一次大爆炸而來的，充其量也只能說明宇宙物質存在不同結構形式和不同階段的年齡。有人認為，宇宙年齡是范圍年齡，人們通過多種方法測算的宇宙年齡將被控制在120億至200億年之間的范圍之內，所有的宇宙物質年齡都沒有超越這個范圍，這就是宇宙的統一范圍年齡思想。但這個統一范圍的上限實際上是由哈勃常數的計算結果確定的，而哈勃常數己被我們在上篇文章中證明是存在嚴重問題的，因此依據哈勃常數得到宇宙統一年齡的觀點不可靠，宇宙物質存在年齡作為大爆炸宇宙的一個依據不是量的問題，而是邏輯性的問題。

無數恒星和星系正在形成和消亡的事實足以說明，物質年齡只是物質形式結構的生命過程，也是宇宙局部空間偶然結合與必然演化的過程，這一過程對于宇宙來說是短暫的和參差不齊的，無論宇宙的存在模式如何，也無論我們現在的宇宙是否有年齡，星系物質的這一演化過程都會發生和結束，但沒有理由把一切物質的年齡與整個宇宙的年齡相統一。

我們在此討論這個問題太多為時過早，我們將在下篇文章《論宇宙的共性與極埸旋轉宇宙模式》中把我們的觀點作更詳細的討論。

三、關于宇宙星系光譜線紅移現象

大爆炸宇宙學說的一個最重要依據是星系的光譜線普遍存在紅移現象，并且離我們愈遠的星系光譜紅移愈大，人們認為這是星系在遠離地球和宇宙在膨脹，哈勃常數也是由此規律總結出來的。人們之所以得出這樣的結論，其理由有兩個：一是得到聲波傳播的多普勒效應原理的啟示；二是恒星或星系的光譜線存在紅移和藍移的兩種現象——人們認為這是多普勒效應在恒星和星系光譜線上的反映，也是恒星和星系遠離或靠近地球的兩種可能的表現。

人們對多普勒效應的引用以及對星系光譜線紅移現象的判斷是否正確，關系到宇宙是否膨脹即大爆炸宇宙學說是否成立的問題。從傳統物理學的理論觀點上看，我們對人們把聲波傳播的多普勒效應原理用來解釋光波傳播的光譜線紅移或藍移（即波長變長或變短）現象并無異議的，因為我們認為所有波的傳播方式和原理都可能是基本相似的，既然聲源遠離或靠近觀測者時聲波波長會發生變長或變短的現象，同樣道理，當光源遠離或靠近觀測者時光波波長也應該會發生變長或變短的現象。但是我們又認為，在恒星和星系光譜線紅移的問題上，多普勒效應的引用和解釋是有限的而并非是無限的，這也就是說恒星或星系的光譜線紅移并不全部代表它們遠離地球，它們遠離地球可能只是引起恒星和星系光譜線紅移的一種原因，而不是唯一原因，甚至大部分遙遠星系的光譜線紅移可能與它們遠離地球的運動完全無關，這是因為：

（1）多普勒效應只是引起聲波波長變長的一種原因，但也還有更多的原因（例如物理系的條件變化，聲波能量的分散和衰減等）可以引起聲波波長的變長，現在的問題是，光波波長變長是否也存在著除了多普勒效應以外的其他原因呢？具體地說，人們在引用解釋聲波的多普勒效應來解釋恒星和星系光譜線紅移現象的同時是否也還必須同時考慮光波波長變長的其他原因呢？如果必須考慮，那么星系的光譜線紅移現象也就不一定是星系退行遠離地球的一個原因造成的，而有可能是多種原因共同作用的結果，如果無須考慮，那么人們對聲波傳播原理和效應的引用就是不完整的和有選擇性的，或者是帶學術觀點的。

（2）據天文觀測數據表明，一些遙遠星系的光譜線紅移量所對應的星系視向退行速度己經達到光速甚至超過光速數倍，從宏觀經典力學上理解，這種天體的加速度和所能達到的速度是絕非可能的，除非人們發現有超光速的作用力一直在加速它們，否則人們就必須承認那些代表遙遠天體視向退行速度的紅移量將可能存在不真實的虛假成分，即遙遠星系的退行速度與光譜紅移量不遵循多普勒效應和哈勃常數定律，同樣，那些鄰近星系光譜線紅移量所對應的視向退行速度也完全可能存在不真實的虛假成分。

人們可以認為宇宙在膨脹，亦即認為離地球越遠的星系其視向退行速度越大（即光譜線紅移量越大），也還可以認為遙遠星系不存在靠近地球的可能性，亦不存在遙遠星系光譜線藍移的可能性，但人們不可以認為銀河系也在膨脹，也不可以認為離地球越遠的恒星其視向退行速度越大（即光譜線紅移量越大），更不可以認為遙遠的恒星不存在靠近地球的可能性，亦不存在遙遠恒星光譜線藍移的可能性，然而我們從天文觀測的統計數據上了解到，銀河系內的恒星光譜線也遵循類似宇宙星系那樣的變化趨勢或規律，即距離地球較遠的恒星其視向退行速度相對偏大（即光譜線紅移量偏大），距離地球較近的恒星其視向速度相對偏小，這種宇宙星系才可能發生的規律現象在銀河系恒星上也存在，盡管這是一種觀測趨勢，這種趨勢還不如遙遠的星系那樣明顯和嚴重，但它卻足以使我們猜測，恒星的光譜線紅移量所對應的視向退行速度已有可能包藏著不真實的虛假成分，如果是那樣的話，讀者都可以想象，那些遙遠星系的光譜線紅移量所對應的視向退行速度就更不可能真實了。所以離我們愈遠的星系的光譜線紅移愈嚴重是宇宙的普遍物理規律，而不是大爆炸宇宙的獨有規律。

下面我們將以光波與聲波的傳播特性對照以上問題的分析：

首先對聲波傳播的幾大特性給予討論分析。

聲波傳播之所以會產生多普勒效應，是由于聲波傳播有一個很大的特性，即聲源與聲波之間可以有相對速度的疊加和變化，當聲源相對于傳播媒質的運動速度為零時，聲波與聲源之間的相對速度就等于音速，當聲源相對于傳播媒質的運動速度不為零時，聲波與聲源之間的相對速度可以大于或小于音速，聲源的運動速度與聲波的傳播速度的疊加使周期時間內的波長發生宏觀的長度變化，這種波長的長度變化量應該等于聲源相對觀測者的運動速度乘以聲波的周期。讀者可以從現實的物理現象中耳聞目睹到類似的情形，例如飛機在天空中飛行以及輪船在水中航行等，當它們快速運動時前面的波長被壓短，而后面的波長卻被拉長，有時我們幾乎聽不到（或看不到）迎面而來的聲波（或水波），而只能聽到（或看到）后面的聲波（或水波）。從實際現象和理論上分析，與波源運動同向傳播的波，其波長是變短的，與聲源運動反向傳播的波，其波長是變長的，這種現象就是所謂的多普勒效應。顯然，多普勒效應是一種低速狀態的物理學效應。聲波的第二個特性是，聲波的傳播速度與傳播的物理條件有關，而與聲源的運動狀態無關。在一定的物理條件下，無論聲源的運動狀態如何，聲波的傳播速度是不變的。聲波傳播的第三個特性是，聲波波長的變化不僅與波源的運動有關，而且也還與傳播的距離有關，實質上也是與傳播的能量變化有關。距離波源越遠，波能量越弱，波長也越長，波能量之所以受到削弱，完全是兩個原因所至，一是由于傳播媒質對波能量的擴散和吸收，二是由于傳播空間對波能量的擴散和分割。讀者可以從觀察水波波紋的變化現象過程中很容易理解這一道理。

實踐和理論分析都說明，引起聲波波長變長的原因是很多的，這些原因可能在一個聲波變長現象上同時存在并發生復合作用，在事先無知的情況下，我們根本不可能從聲波波長變長的一個結果中了解到究竟那一種原因的作用更大一些，因此，僅僅把聲波波長變長的多普勒效應片面地引用到解釋星系光譜線紅移（波長變長）的問題上，或者把星系光譜線紅移現象的產生歸結于多普勒效應，其結果將是不可靠的，甚至也還會造成傳統物理學理論與近代物理學理論之間的相互矛盾。

嚴格地說，大爆炸宇宙理論應該看作是一個抽象的理論，而遙遠星系退行遠離的問題應該看作是一個高速運動的相對性問題，如果以現實直觀的多普勒效應和以低速運動狀態的線性參數方程式（即哈勃常數）來比喻或描述其抽象的膨脹模型，這本身就有悖于大爆炸的抽象原理和相對性原理，因為：

宇宙的膨脹分離是星系遠離地球或地球遠離星系的兩種可能的分離，這兩種分離現象的存在，必然導致地球有可能分別處在兩個不同的慣性參照系上，即當星系遠離地球時，星系的相對分離速度大于地球的相對分離速度，地球應處在相對靜止的慣性坐標系上，而星系應處在相對運動的慣性坐標系上，當地球遠離星系時，地球的相對分離速度大于星系的相對分離速度，地球應處在相對運動的慣性系上，而星系應處在相對靜止的慣性系上。地球處在兩個不同的相對坐標系上是兩個不同的相對性概念，是不能等效的，亦即是從地球上的觀測者來看，分別在這兩個慣性坐標系上所觀察到的星系即使在其它參數不變的情形下其光信號的波長變化（或多普勒效應）應該是不等同的，或不對應的。但大爆炸宇宙論對慣性坐標系的變換和差別不以為然，認為宇宙星系都同處在等效的各向同性的慣性坐標系上，無論觀察者在那一個慣性系上觀察各向的宇宙星系都是一致的，所有星系的分離參數都正比或反比于同一哈勃常數的關系式，或者哈勃常數都對應于多普勒效應！顯然，這種簡單的判斷和粗淺的表達式與本理論的抽象性以及相對性原理是矛盾的！

此外，人們從不引用聲波或水波傳播的其它物理特性來解釋星系的光波傳播現象，原因是人們有兩個傳統物理學的思想觀點：一是宇宙空間不存在光波傳播的媒質和由媒質散射所產生的光波能耗；二是光波在真空中傳播光強度不變，光強度不變也就是光波能量的不變。人們堅信，星系光波在宇宙空間傳播不存在能量的衰變和由能量衰變導致波長變長的可能性，引起星系光波波長變長的唯一原因就是多普勒效應。我們認為這是一個把地球物理學原理向宇宙延伸引用的錯誤觀點，這個觀點從來就沒有得到也不可能得到宇宙空間的驗證，也沒有考慮宇宙空間存在的可使光波能量衰減的三大因素：

第一、宇宙有極廣闊的光能量的擴散空間，這使光能量在分量上不斷被空間分散和削弱，我們這里說的光能量是指方向上的光束總能量，暫未涉及單個光波或光子能量。我們可以從普通物理學常識中知道，任何星系的光能量到達地球時也只有原有能量的1/R2（R為地球至星系的距離。），星系光波的能量在宇宙空間的擴散和衰減是很迅速的（我們將在第五節詳談）。由于光波總能量的擴散和衰減必然要使得單個光波和單個光子的能量衰減，如果說單個光波和光子的能量不衰減的話，那么就會出現我們在地球的一些地方看得見星系而在另外一些地方卻看不見星系的奇怪現象，或者會出現在一些地方看到的星系亮一點而在另外一些地方看到的星系暗一點的現象，因為單個光波和光子不可能做得到既要保持自身的能量又要被空間無限的均勻分散，這是絕對不可能的，而事實上我們在同一距離的任一方位所看到的星系光亮都是一樣的，這種現象的唯一解釋就只能是光強度或密度的改變。

第二、星系光波在漫長路途的傳播過程中，其本身能量肯定要受到中途物質的吸收，使光能量受到無可估量的削弱和損失，這也是必須要預料的一個原因。

第三、星系的旋轉也是遙遠星系光波波長變長的重要原因。既然以多普勒效應的聲波現象為光波的比喻，我們也不妨以聲波的旋轉會致使聲波波長嚴重變長的事實為證，說明星系的旋轉也會致使遙遠星系的光波波長變長，只不過是由于星系的旋轉角速度一般很小，而線速度卻很大，對于鄰近星系來說，星系光線的旋轉掃射線速度還達不到致使光線彎曲的程度，甚至于觀測者有可能觀測到星系逆轉方向的光波波長要短，而順轉方向的光波波長要長的現象，但對于足夠遙遠的星系來說，星系光線的旋轉掃射速度大得驚人，以至于光線達到嚴重彎曲傳播的程度，所有旋轉平面側向觀測者的旋轉星系的光波波長（無論是順轉還是逆轉）都是變長的，而垂直于旋轉平面的旋轉星系的光波波長變化要小得多。這與旋轉聲波現象是一樣的，當距離旋轉聲源較近時，觀測者甚至可能觀測到逆轉方向的聲波波長要短，而順轉方向的聲波波長要長的現象。但當距離旋轉聲源足夠遠時，所有方向的旋轉聲波都是變長的，而且會很嚴重。

第四、星系和恒星對光子或光波的作用和影響是光能量損耗的重要因素。我們可以從恒星對行星的控制距離比較知道，恒星的影響半徑就達數光年，星系的影響半徑至少在數千萬光年以上，而星系團的影響半徑至少在數百億光年以上，這就是說，一個恒星所發出的光波或光粒子要逃脫本恒星的影響至少需要數年以上，要逃脫本星系的影響至少需要數千萬年甚至數億年，要脫離本星系團的影響至少需要數十億年，在星系長時間的影響下，光粒子和光波的傳遞路線應是彎曲的，這必然要做功或消耗大量能量?？梢韵胂?，一些遙遠星系的光粒子和光波在未到達地球之前就已經變異了，或者這些星系的光信號僅是沒有光粒子的微弱單純的光波。

也許又有人認為，一個恒星或星系所發出的光粒子和光波盡管受到本恒星和本星系的反向引力，消耗了一部分能量，但在進入我們銀河系和到達太陽系的地球時，卻受到銀河系和太陽系的順向引力，使光能量獲得增加，因此光粒子和光波受到的引力能量的增減總體上是平衡相等的，并不存在引力對光能量的影響問題，然而這種觀點同樣是錯誤的，因為星系光波或光子在離開星系時和到達地球時的能量和質量的分量差別是很大的，這種分量的差別使它們受到反向作同力丟失的能量與受到正向作用力獲得的能量不等同。

以上四大原因完全可能致使星系光波能量的損耗和削弱，特別是對于那些遙遠的星系，當它們的光波能量被削弱到某個臨界值的時候，光波頻率及波長即開始變小和變長?？梢哉J為，無論星系是相對地球退行的還是相對地球靜止的，也無論星系光譜線紅移是否存在多普勒效應的作用，以上四個原因對于每一個星系的光譜線紅移來說作用都是存在的，如果對此有什么懷疑的話，那也只是這四個原因分別作用的大小問題，而不是有無問題。

由于光波（或光子）能量的衰變要達到光波波長明顯變長的臨界值過程極其漫長，以至于人們在很大的距離范圍內不易發現甚至根本就無能發現這四個原因的作用效果，因此長期以來人們在地球的物理實驗中一直都以為光波傳播的這四個原因是不存在的。又由于這四個原因的作用效果與星系的距離有關，距離越遠的星系其光波波長受到這四個原因的作用越大，當星系的距離足夠遙遠時，這四個原因都有可能會成為了遙遠星系光波波長變長（即光譜線紅移）的重要原因，這就是說遙遠星系光譜線的紅移量包含有多少普勒效應產生的紅移量人們也根本無從分辨和考證。

此外，我們在上篇文章開始指出的那樣，人們可以認為外星系群或星系團的星系都是按照某種運動規律在遠離地球的，但絕不可以認為星系群或本星系團內的星系也都是按照同樣的規律在遠離地球的，因為既然星系有組合成星系群和星系團的能力，它們之間的組合力就應該足以克服宇宙的膨脹分力，即使本星系群內部星系存在相互膨脹和分離運動，也不會與宇宙的膨脹有關。正如銀河系內恒星與恒星之間的相對運動與于星系與星系之間的相對運動無關一樣，本星系團內星系與星系的相對運動也不可能與外星系團星系的相對運動有關，簡單地說，宇宙各種形式的組合群體內部的相對運動是無關的和不可等效的。然而人們在對星系的光譜線紅移現象分析時總是認為，所有星系的光譜線紅移都遵循同一變化的哈勃定律，這一觀點與星系團和星系群的存在事實是相矛盾的。我們認為，星系團和星系群的存在是一個無容質疑的天文觀測事實，也是宇宙間一個無可抹煞的自然現象，無論宇宙的存在模式如何，星系都不可能擺脫星系集團和群體的影響，因此人們沒有理由認為所有星系之間的分離運動都是線性關系的（即距離與速度之比為常數），也沒有理由認為所有星系的光譜線紅移變化或多普勒效應都遵循同一的哈勃定律。

四、關于微波背景輻射

在人們提出和發現的所有理由證據中，我們認為微波背景輻射作為宇宙大爆炸的遺跡證據是最不可信的，因為微波背景輻射的存在與宇宙大爆炸的發生無論是在時間關系上還是在數理邏輯上都是矛盾重重的。

我們可以從相關資料中了解到人們對微波背景輻射與大爆炸宇宙的描述，人們之所以相信微波背景輻射是宇宙大爆炸的遺跡證據，是因為人們首先偏信了一個所謂宇宙大爆炸存在余熱能量遺跡的預言，然后當人們把這一余熱能量預言與后來發現的微波背景輻射相聯系時，微波背景輻射也就成為了一個理所當然的證據。從表面上看，微波背景輻射的發現似乎出于偶然，但從人們對問題的認識過程看，這一發現并不值得意外，因為預言家早就有為預言找到呼應對象的思想準備和安排，微波背景輻射被發現和利用只是遲早的事情，與其說微波背景輻射應驗了預言家的預言還不如說預言家選擇了宇宙空間存在的低溫能量，即微波背景輻射。微波背景輻射的價值和意義并不在于發現，而在于對它的預言，在于預言與發現的偶合，因此對預言的分析比對微波背景輻射的分析更重要。人們往往對預言的來由和原理性問題不予重視，這反過來掩蓋了微波背景輻射的實質。下面我們將首先對這個預言進行討論分析，然后才對微波背景輻射給予判斷。

所謂大爆炸宇宙存在余熱遺跡的預言實際上是預言者引喻了一個地球熱平衡的物理現象：即當一團火在一間屋子里熄滅后，總會有余熱在屋子里不斷反射回蕩，大爆炸宇宙也應該存在大爆炸的余熱在太空中回蕩反射。偶爾聽起來這是一個不錯的比喻，如果讀者對太空情況不是很了解的話，也許會被這一比喻和推測所迷惑，但只要稍有一點基本物理知識的人細想一下都會認為這一比方和推測并不可信，因為這里存在明顯簡單的兩大方面問題：

第一個大問題是，這個預言存在熱平衡和傳導方式以及時間邏輯方面的矛盾。首先，由于在地球上存在著多種傳熱的媒質（例如空氣、物體等），形成了地球上的熱交換和熱平衡的多種傳熱方式（對流丶傳導和輻射），當熱源在地球上消失后較長的一段時間內，熱源周邊空間的余熱除了以緩慢的速度在媒質中擴散外，其媒質所保留的余熱也會以輻射方式在媒質存在的空間范圍內不斷反射和回蕩，這種反射和回蕩完全有可能在空間上產生各向同性的余熱輻射，特別是當這種反射和回蕩被假想在一間屋子里進行的時候，其余熱輻射持續時間一定會很長，而且空間上每一點所受到各個方向上的回蕩輻射完全可能是均勻的和各向同性的。但如果把地球上的這一熱平衡和熱輻射過程用來比喻宇宙大爆炸的熱平衡和熱輻射過程可能就不恰當，因為宇宙空間沒有任何熱的傳媒物質，也就不存在熱交換和熱平衡的低速傳遞方式，星系間唯一的熱傳遞方式就是輻射，而輻射的速度又只能是光速，在太空中不僅不能滯留和減慢，而且相對于輻射源和輻射目標具有方向性。因此，如果說人們所發現的微波背景輻射就是150億年前的大爆炸熱輻射或者余熱輻射的話，那么它將意味著兩種可能：第一種可能是這些熱輻射來源于當時大爆炸宇宙的始點，它們是最原始的大爆炸熱輻射，；第二種可能是這種原始輻射來源于宇宙各個方向的仍然處在冷卻中的星系物質，這些星系物質保留了大爆炸的余熱輻射，這些余熱輻射在宇宙空間的分布是均勻的各向同性的?，F在我們來分析一下這兩種可能性的存在與否。

我們在《論哈勃常數及其宇宙時空的觀測界限》一文中有一重要結論：即是人類對宇宙的最大觀測距離不超過三分之一宇宙年齡數，這個結論對于我們論證微波背景輻射是否來源于大爆炸宇宙各個方向尤為重要，因為它首先說明了所有到達地球或被人類觀測到的宇宙輻射（包括光線和微波輻射）的生成年齡小于三分之一宇宙年齡，即小于50億年，以此推算，如果至今的宇宙年齡為150億年的話，那么來自大爆炸宇宙各個方向的熱輻射就己經超越地球100億年了，它們是不可能與地球同步或滯留在地球空間的。在這漫長的100億年中，不僅星系物質的余熱輻射過程早己結束，而且無數代星系和恒星由產生到衰亡的光信號都己超越地球，即使所有星系物質（也包括地球）的膨脹速度都等于光速，這些原始的仍可能滯留在星系周圍的熱輻射也早已被吸收，或者由新蒸發的星系或恒星的熱輻射所掩蓋和替代，除非大爆炸中心從始至今一直在不斷地輻射，否則我們是無論如何也不能再觀測到大爆炸原始輻射的，要是可能的話，我們豈不是可以看到大爆炸當時的許多閃光了嗎？但我們卻什么也看不見，顯然微波背景輻射作為滯留在地球周圍空間的大爆炸熱輻射是否定的。

其次，根據大爆炸宇宙論，宇宙所有星系或恒星都是在大爆炸數億年后才逐漸組合形成的。星系和恒星的形成意味著大爆炸原始緩慢的熱平衡方式的結束和新熱能的起動，也意味著宇宙物質結構的重組和能量輻射方式的變換。人們認為，一些早期形成的恒星和星系，經過數十億年甚至更長的時間后才開始衰亡，并且這些星系和恒星的衰亡信號又經過數十億年后又早已到達了地球，最后又被人們所觀測到，由此可想而知，大爆炸后所發生的這三個時段的事件（指星系的產生和星系的衰亡以及衰亡信號傳播至地球）都已完結或成為過去時，更何況比這些信號更早發生的大爆炸余熱輻射信號是不可能仍存在地球空間的，即使存在人們也不可能把它們從遙遠星系傳到地球的熱輻射信號中區分開來，即不可能從所有傳向地球的熱輻射中分辨出那些是大爆炸的余熱輻射，那些又是星系形成后的熱輻射，因為星系和恒星本身的熱輻射應該比大爆炸的余熱輻射要強得多，而且也同樣是各向同性的。請問我們能夠從太陽或其它恒星揮發到地球空間的熱輻射中分辨出大爆炸的余熱輻射嗎，當然不可能。因此人類發現的大爆炸余熱輻射來自于宇宙各個方向的星系物質也是不可能的。

有人認為大爆炸的余熱輻射來自于黑體輻射，但這種觀點只能說明余熱輻射的再生原理，而不能說明余熱輻射與其它輻射的如何區別與判斷，也不能說明黑體的具體位置，如果說黑體就處在星系內，那么人們又如何從強大的星系熱輻射中區分出微弱的黑體輻射呢？如果說黑體不在星系內，那么人們又能說出黑體在何處呢？可見這種觀點只能給微波背景輻射的解釋增添麻煩。

第二個大問題是，預言本身的依據來由不清。根據熱擴散和熱平衡的基本原理，若要估算和預測大爆炸宇宙當時和現在的溫度，除了要確定大爆炸的基本原理和方式外，大爆炸宇宙的總能量以及地球現在的宇宙范圍容積也是必須要知道的基本參數。我們從上篇文章對哈勃常數問題的討論結果知道，人們對宇宙空間觀測范圍（其實也是宇宙空間觀測容積）的認識是有錯誤的，這種錯誤必然導致宇宙物質的總質量和總能量的估算產生巨大誤差，這種誤差己被我們本文第五節的計算結果所證實，不知道宇宙大爆炸的原理方式，也不知道宇宙物質的總質量和總能量，并且又不知道熱擴散的宇宙空間容積特別是地球現在的宇宙空間位置，預言家居然可以預言大爆炸當時的溫度和地球現在位置的大爆炸遺留溫度，顯然這樣的預言完全是假設與猜測的湊合，不可信的。但無論這個預言是否令人吃驚，有一點是需要讀者相信的，那就是無論宇宙的存在模式如何，也無論宇宙大爆炸的事實是否存在，空間上的絕對溫度（銀河系內所有恒星的熱量除外）都不可能為零，因為在我們地球周圍存在著無數均勻分布的宇宙星系，它們的輻射或熱輻射肯定會在太陽系的空間上產生一種共同作用的熱輻射結果，這種結果如同星系的分布一樣，是基本均勻的各向同性的，并且所折合的熱溫度也一定不會很高（在數K以下），否則就會很容易被一般人感覺到，稍有常識的人都可以想象得到的，然而這一切卻恰恰被宇宙大爆炸的預言家們利用了。

通過以上的討論分析，我們認為微波背景輻射作為宇宙大爆炸遺跡證據的可能性基本上是不存在的。那么人們發現的地球空間上各向同性的微波背景輻射又是什么呢，它又來源于何處，為什么是各向同性的呢，等等，對于這些問題我們作如下具體分析：

當我們仰望太空中的任何一個星系或者任何一個恒星時，我們總感覺它僅是一個很小的點，而實際上我們所看到的所有星系或恒星它們的輻射空間之大是無與倫比的，我們所在的空間不過是一個很小很小的點。由于星系距離的遙遠和我們所在空間的微小，因此任意一個星系或恒星對我們空間的輻射都是非常均勻的，它們的輻射均勻地充滿了我們的每一點空間，根據這一分析我們總結出這樣兩個要點：

1.宇宙中任何一個星系或恒星（被遮擋的除外）它們對于太陽系空間的輻射或熱輻射都是基本均勻的，或者是說我們太陽系內每一點空間所接受到的任何一個星系和恒星的輻射或熱輻射能量都是基本均等的。

2.太陽系空間的每一點都可能成為宇宙各向輻射射線的交點，既是交點，就可能是輻射能量的聚合點，并且每一個聚合點都可能聚集來自宇宙各向輻射的能量，這種聚合能量所表現出的熱微波輻射不僅大于任何一個方向的微波輻射分量，而且也一定是各向同性的，它廣泛勻稱地分布于太陽系所有的空間。

根據這兩個要點我們認為，無論宇宙大爆炸的事實是否存在和大爆炸宇宙學說是否成立，現狀的宇宙輻射對于太陽系空間的照射都是存在的，并且都是均衡或各向同性的。由于宇宙輻射的縱橫交錯，并在我們空間的每一點上發生交匯，形成結交點和能量的聚合點，各種宇宙輻射的能量必然要在聚合點上集結，形成新的聚合能量，這種聚合能量完全可能有部分轉換為熱能或微波輻射。顯然由這種聚合能量再生的微波輻射是各向宇宙輻射能量聚集和交匯的結果，也是宇宙輻射能量部分損耗的轉化形式，它與星系或恒星的原始輻射本質不同，它產生于宇宙空間而并非星系或恒星，由于太陽系空間上各向各點的宇宙輻射聚合能量都是基本均衡的，因此這種熱微波輻射的頻率和波長不僅是非常穩定的而且是各向同性的。

在以往有關宇宙輻射學術的討論中，人們從不注意到強大的宇宙輻射在宇宙空間的聚交問題，尤其是這種聚交能量受到損耗和轉換的問題?？梢韵胂笤谶|闊的宇宙空間中，宇宙輻射的聚合作用是自始至終的和連續不斷的，這是宇宙空間發生輻射能量均勻轉化的重要原因。如果我們用凹鏡聚光原理來說明這個現象讀者可能會很容易理解，光射線通過凹鏡反射面聚集到一點上，這一點的光能量不僅很強，而且這一點聚集的輻射能量有部分完全可能轉變為熱能或熱微波輻射，而這種新生成的熱微波輻射與原始宇宙輻射的形態及方向是完全無關的。同樣道理，宇宙輻射通過它們的多向相交性聚集到一點或多點上，即使在沒有凹鏡聚焦它們也照樣會形成能量的聚合，產生相同的凹鏡效應。

宇宙輻射在宇宙空間聚合轉變和激發為新的熱微波輻射，這種熱微波輻射是宇宙空間普遍存在的弱能態形式，它不僅完全有別于星系或恒星的輻射能態，而且也與宇宙存在模式完全無關，它在空間上的分布不僅是均勻對稱的而且也是各向同性的，因此我們在使用無線電測量天線檢測時，這種微波輻射就會從各個方向聚集到天線上來，天線上的每一點都是微波輻射強度的最大點，無論我們如何轉動天線的方向它的信號強度都是大小基本不變的（但不包括銀河系的直接影響）。

所謂的微波背景輻射其實不過就是宇宙空間固有的微波輻射的基本形式，它的特殊意義不在于它的存在，而在于對它的發現。它被人們利用是因為人們帶有傾向性的學術觀點，而它被人們誤解則是因為人們存在一個認為宇宙空間是理想真空的觀點，認為光輻射在理想的宇宙空間中傳播是沒有阻礙的和沒有能量損耗（或衰減）的，或者是說宇宙空間是不應當有星系輻射能量損失的，如果宇宙不是來自大爆炸的，那么宇宙空間的熱溫度（絕對溫度）應該為零，各種光輻射和熱微波輻射的傳播都應該與具體星系的位置方向有關，而發現的微波背景輻射由于是各向同性的，因此它唯一是與宇宙大爆炸有關的。顯然這種宇宙觀是不切實際的，也是不能被肯定的。

五、宇宙空間黑暗性的數理證明

“宇宙空間為什么黑暗”的奧伯斯佯謬問題歷來被人們看作是一個關系到宇宙空間有限性或無限性的問題，長期以來，大爆炸宇宙論者無不利用這一“問題”來作為宇宙空間和時間有限性的證據，他們認為：宇宙天空之所以是黑暗的，是因為宇宙星系物質是有限的，而有限的星系的可見光不足以照亮我們的視界和充滿遙遠宇宙空間的黑暗間隙，但如果宇宙是無限的話，那么無限多的星系光線將終結于我們的視界，它們的光點將會充滿整個黑暗的天空間隙，人們眼前的天空應該是明亮的，而事實并非如此，宇宙遍布漆黑，宇宙遙遠的天空都是黑暗的間隙，仿佛什么東西也沒有，因此宇宙應該是有窮的，星系物質是有限的。如此解釋給大爆炸宇宙論的確增添了許多可信度和支持理由，相反，持不同觀點的人們也包括一些著名的科學家對這個問題由于未能給出一個像樣的解答，這使得這一本來有問題的問題變成了沒有問題的問題。

然而，本作者經過詳細的數理計算和分析，結果證明宇宙天空的黑暗是必然的，與宇宙空間和時間的有限性或無限性無關！

其實“天空為什么是黑暗的”問題不是一個十分抽象復雜的宇宙學問題，而是一個普通的數學和基本物理學問題，只要有中等的數學和物理學知識以及有膚淺的天文學知識即可解答。

為了使“天空為什么是黑的”問題水落石出，也為了使讀者了解這個問題是否與宇宙的有限性與無限性有關或是否與宇宙大爆炸有關，我們將在下面以簡單的數理理論對它展開分析和論證。

事實上，我們需要證明的問題只有一個，即是：無限多星系的宇宙天空是否是黑暗的？如果是黑暗的那么有限多星系的宇宙天空當然也就是黑暗的。要完成這個問題的證明，完全依靠物理實驗是不可能的，而絕對依靠數學計算也是不可能的。我們唯一只有通過綜合數理理論分析才能得到結論。下面是我們具體的論證過程。

我們首先對宇宙星系作如下理想狀態的假設：

1）.宇宙空間是無窮大的，星系是無限多的，而且星系在宇宙空間的分布是基本均勻的；

2）.所有星系的直徑大小是基本一致的，而且所發出的光亮度也是基本相等的；

3）.現有星系的視亮度應看作是宇宙總星系在它本身體現的合視亮度，而不僅僅是它本身的視亮度；

4、我們以地球A為圓心，以一個離地球最近且也最亮的星系B1的距離為半徑R1（這個星系理所當然應該選擇仙女座星系，因為它滿足了最近和最亮的條件）畫一個平面圓，同時還分別以：R2=2R，R3=3R，…Rn=nR為半徑畫n個同一圓心同一平面的圓，顯然每個圓的邊線的間距都等于R，每一個圓的半徑都比前一個圓或后一個圓的半徑大R或小R。

5、暫設宇宙有無窮多個星系均勻等距（指星系與星系的中心距均等于R）地分布在一個平面的n個圓的邊線上。由于我們只研究銀河系以外的星系對地球的光照亮度，因此銀河系內所有的恒星和發光星體必須被考慮在外，否則我們將無法搞清楚河外星系能否照亮地球天空的問題。

此外，我們還需理解，人的視覺亮度是視線角的感觀亮度，而不是整個宇宙天空亮度。我們只要從一個宇宙視線角上搞清楚這個視線角的宇宙星系究竟給予我們地球多少光亮度的問題，就能搞清楚整個宇宙立體球狀空間的星系究竟給予我們地球多少光亮度的問題。我們假設在一個假想的平面上，地球處在宇宙星系包圍的中心，離地球最近和最明亮的仙女座星系就處在以它的距離為半徑的第一個圓的邊線上。在實際的宇宙中并不存在第二個仙女座星系，但為了說明宇宙星系可能給地球的最大光亮度，理論上我們還是假定在所有圓的邊線上均勻等距地布滿了無限多個仙女座星系，這樣做的結果會更有說服力。

我們又假想，從由兩個仙女座星系構成的空間間隙仰望對應的宇宙天區，兩個相鄰星系的聯線我們稱作星系間隙連線，星系間隙連線所對應的無窮遠的空間我們稱作間隙觀測天區，觀察者正是從兩星系間隙看到后面天區的星系的。實際上在這個間隙方向上的很多星系是我們無法看到的，或者說它們的可見光線是不能到達地球的，這不是因為它們的距離遙遠或者光度微弱，而是因為星系存在著巨大的空間直徑，這一空間直徑產生了一個視線夾角，這個視線夾角遮擋了后面所有夾角以內的星系的光線到達地球，因此從這一點來說，無論宇宙星系是有限的還是無限的，地球所接受到宇宙的可見光的總數量都是有限的，根本不可能像一些人所認為的那樣，宇宙會有無限多的光點終結于地球。但為了更能說明問題，我們還是假設宇宙所有星系的光線都能照到地球吧！有了這些假想認識后，下面的解析就簡單了。

現假設從這一平面間隙可見的星系與地球的距離分別是：

R1=R，R2=2R1，R3=3R1，….Rn=nR1…。

又假設離地球最近的第一個星系（以最亮的仙女座星系M31為例）照射到我們地球上的視亮度為：P1，其后面星系照射到地球上的光亮度（或視亮度）分別為：P2，P3，P4…Pn。

從假設得知 R=R2/2=R3/3 …=Rn/n

根據物理學光亮度的傳播衰弱原理，得如下關系：

P2=P1R2/（2R）2=P1/22 ，

P3=P1R2/（3R）2=P1/32…，

Pn=P1R2/（nR）2=P1/n2， （1）式

（1）式中n為大于零小于無窮的整數，Rn為第n個星系至觀測點（或地球）的距離，Pn為第n個星系給地球的視亮度。（1）式說明：同等星系的視亮度之比等于它到地球的距離平方之比，當n足夠大或星系足夠遠時，星系的視亮度趨于零。這是基本的光學常識，也是我們解決問題的基本物理學原理。

根據以上分析，我們于是求得一個星系間隙所對應的宇宙天區的無窮多個星系照射到地球的總光亮度P，為：

P=P1+P2+P3…Pn （2）式

由（1）式代入（2）式得：

P=P1（1+1/22+1/32…+1/n2） （3）式

當n→∞時數列

（1+1/22+1/32…+1/n2）→2

所以（3）式即有不等式：P≤2P1 （4）式

將（2）式代入（4）式又有：P1≥P2+P3+P4…Pn （5）式

（4）式P≤2P1和（5）P1≥P2+P3+P4…Pn

式是兩個極為重要的結果，這兩個結果說明了如下幾個問題：

一、（4）式中P為兩個鄰近星系間隙對應的天區的星系的視亮度總合，P1為我們假設的離地球最近也最亮的星系（我們以仙女座星系為對比）視亮度。這是個令人吃驚的結果，它意味著一個星系間隙所對應天區的n個（或無窮個）星系照射到地球的總合視亮度還不足一個鄰近星系的視亮度的兩倍，即在一個觀察視向天區上，整個宇宙給觀察者看到的亮度還沒有兩個相當于仙女座星系那樣的亮度！

二、（5）式還說明，任何一個更接近地球的星系的視亮度大于它后面對應天區的所有星系視亮度的總合！也就等于是說，前面一個星系的亮度大于后面整個宇宙星空亮度的總和！我們是否感到宇宙的明亮取決于鄰近星系，而不取決于后面宇宙星系的多與少或有限與無限！從直觀感覺而言，離我們最近也最亮的仙女座星系及周邊空間給我們的亮度非常黑暗，更不用說那些遙遠的只有不足一個星系亮度的宇宙空間了！這兩個不等式對于從理論上解決“天空為什么是黑的”問題將具有決定性的意義。

三、人的視覺是以方向片區的亮度分別感受的，而不是以整個宇宙的集合亮度感受的，只要人感到宇宙每一方向片區都不明亮，則對整個宇宙空間的感覺也不會明亮。因此我們只需證明宇宙的一個方向是黑暗的，也就證明了整個宇宙也是黑暗的，顯然（4）式足以說明空間的任一片區是黑暗的；

四、也許會有人認為，以上（4）式和（5）式所包括的也僅是于可見星系的亮度，而那些未見星系或被遮擋的星系的亮度卻未包括在內或未能說明，關于這個問題我們的解釋是這樣的：我們所能見到的星系（例如仙女座星系）的視亮度應是本身亮度和宇宙總星系亮度（包括被遮擋星系亮度）在它本身體現的總合，即使那些被遮擋的星系有對宇宙可見星系增加亮度的可能，但己被可見星系的亮度包括在內，因此（4）式和（5）式所計算的可見星系的亮度，實際上己包括了可見星系本身的視亮度和不可見（或被遮擋）星系所增加的亮度。到此為止，我們實際上己完成了“宇宙空間為什么是黑的”問題即奧伯斯佯謬問題的解答，但我們還是繼續探討整個宇宙空間究竟給地球多少光亮度。

首先我們看地球（或銀河系）周邊最多可容納多少個鄰近星系的間隙和對應的天區呢？并且宇宙總共向地球供給了多少亮度？這個問題我們只能按照假定的理想狀態來回答。

現我們假定地球周邊空間充滿了像仙女座（M31）這樣特別明亮的星系（這比假想無窮的宇宙空間充滿無限暗淡的星系更有說服力），仙女座星系的半徑為10萬光年，視向圓面積約為3.14×10×10=314萬平方光年，以及距離地球300萬光年，依此計算（4×3.14×3002/3.14×102=3600），在距離地球300萬光年的宇宙空間球面上，也至多能容納M=3600多個諸如像仙女座這樣大小的星系。根據我們的計算（計算不復雜，讀者也可計算），這個球面上有3600個星系就應該有3600x3/2=5400個視間隙。

（4）式P<2P1說明，在地球上觀測一個星系間隙的視亮度小于兩個鄰近星系的視亮度，而代表5400個視間隙給地球的總光亮度應為：

P總<5400X2P1=10800P1。

這等于是說整個宇宙給地球的總亮度P總之和還不如10800個仙女座星系的亮度P1。那么一個仙女座星系給予我們的光亮又是多少呢？我們可根據計算和目測得知，它僅相當于離我們最近的（4.3光年）一顆恒星的亮度的幾份之一，如此算來，整個宇宙（除銀河系外）才有相當于幾千顆微弱的恒星視光亮在照射我們地球，我們能感到地球眼前的天空是明亮的嗎，我們又能感到那遙遠宇宙的天空背景是明亮的嗎？顯然不能。我們這樣解說讀者會更明白，即當你在一個滿天星星但無月亮的夜晚，也許還是感覺到天空的黑暗，但這種黑暗的夜晚所存在的微弱光亮，也并不主要是由河外星系所給予的，而主要是由銀河系內億萬個恒星的光亮所提供的，銀河系給予我們的光亮已是整個宇宙所給予的光亮的數萬萬倍，可想而知，假如我們關閉銀河系內所有恒星的光亮，而僅僅依靠宇宙遙遠星系的微弱光亮，那么天空的黑暗程度將是難以形容的。

以上分析充分說明“天空為什么是黑的”問題的根本原因在于：

第一，由于星系之間的間距非常遙遠，星系的光亮甚至不能照亮本身所在的空間，特別是地球觀看它的亮度與它的距離平方成反比，這就使得前面與后面的星系產生一個巨大的亮度級差，這個巨大的亮度級差導致排列在后面的星系的可見光迅速減弱到人的視覺范圍以外，即使理論上假定宇宙空間是無限大的，星系是無窮多的，而且也有無窮多的視覺不到的星系光信號照射到地球，但整個宇宙的視亮度總和也還是小于鄰近星系亮度的二倍，這是從數理原理上得到的結果，而實際目測最亮和最近的仙女座星系及其周邊空間的亮度要比假設的亮度更微弱更黑暗，可想而知，整個宇宙的黑暗是在所難免的。

第二，實際上宇宙也不可能有無窮多個星系的光信號照射到地球，其原因有兩個：一是星系對星系的相互遮擋，所有星系視線夾角內的星系光線是不可能到達地球的；二是天文科學探測表明，宇宙不發光的星系物質很多，可觀察得到的發光星系還不到估計星系的十分之一，這意味著大量的不發光星系不僅遮擋了星系的可見光線，而且也吸收星系的可見光。這兩大原因加劇了理想狀態下本來就不明亮的宇宙更黑暗。

第三，宇宙的透明性也是宇宙黑暗的另一種原因，因為宇宙空間完全沒有反射可見光的塵埃和背景，所以除了可見星系本身外，包括那些橫穿空間的可見光我們都是不可見的。

以上三個原因根本上注定了宇宙天空就是黑暗的，宇宙天空的黑暗并非與宇宙的有限與無限性相關，也并非與大爆炸宇宙的模式相關，而是與宇宙可見光的微弱和人對可見光有限的視覺能力相關。以人的視覺而言，200萬光年以外的天體基本上都是黑暗的，而以天文望遠鏡而言，數億光年以外的可見天體之間就有許多黑暗的空隙，但若以射電望遠鏡而言，這些黑暗的空隙卻充滿了可探測的星系，宇宙幾乎不存在間隙，充滿了星系的光輻射，空間似乎是明亮的，黑暗只是相對可見光或相對人的視覺而言，這就是我們對“天空為什么是黑的”問題的根本解釋。當然這一解釋只是說明宇宙的黑暗與宇宙的有限性和無限性無關，并不是說明宇宙就一定是無限的，也不是說明宇宙有限性是不可能的。但要證明宇宙的有限性和宇宙起源于一次大爆炸，人們只能尋找別的理由！

六、宇宙星系引力平衡的數理解釋

宇宙星系為什么能保持引力平衡而不會粘連在一起的問題與“宇宙為什么黑暗”的問題一樣，都是天文學的大難題，長期以來一直困惑人們，也正是這一問題得不到正確的理解，所以也被大爆宇宙論者和宇宙膨脹論者所利用。我們可以從許多天文書刊資料上看到，許多堅持宇宙大爆炸和宇宙膨脹觀點的科學家就曾在此問題上嘲諷過代表穩恒態宇宙模型觀點的著名科學家牛頓，他們認為，穩恒態的宇宙模型（其實也是宇宙星系無限性模型）無法解釋星系為什么不相互吸引而粘連在一起的問題，面對這一問題牛頓及他科學家都啞口無言了。從此看來這個神秘的問題關系到宇宙的存在方式和人們所建立的宇宙模型！事實上大爆炸宇宙論者對于宇宙星系引力不平衡的看法也僅是一種猜想，同樣拿不出肯定性的證據！

現在這個神秘的猜想我們終于可以破解了！也就是無限宇宙星系的引力是否平衡的問題我們已經找到了解釋的數理答案！這一答案的結果是：致使宇宙星系獨立存在的力平衡有兩種，一種是當宇宙無限大時的星系之間的引力是平衡的，另一種是宇宙從物質粒子到恒星和星系都存在能量空間，這種能量空間是按能量比例關系獨立存在的。

物質存在能量空間和能量比例關系是本作者的重要發現，這對探討物質結構和宇宙存在模型具有重要意義。歡迎讀者詳見下篇文章《宇宙力與物質引力》。

下面我們首先證明當宇宙無限大時的星系之間的引力是平衡的，證明方法與證明奧伯期斯佯謬問題的方法是基本相似的！所不同的是一個為可見的光，而另一個為不可見的力！

為了證明這一答案，在此，我們就暫假想宇宙是無限大的，星系是無限多的狀態來討論宇宙星系的引力平衡問題。要解答這一問題并不很復雜，但也并不很簡單，它是一個天體力學的平衡問題，關鍵點在于我們必須了解一個天體力學原理的要點：那就是星系引力（本人在《論宇宙力與物質引力》一文中將引力又稱為宇宙力）的衰弱與光傳遞的衰弱是一樣的，即：任一點的引力強度（或光強度）與星系距離的平方成反比！這一原理是證明問題最基本的依據！

在以上解答奧伯斯佯謬問題中，我們得到光衰減的等式：

P3=P1R2/（3R）2=P1/32…，

Pn=P1R2/（nR）2=P1/n2 （1）式

根據引力衰減與光衰減原理相同的道理，我們將星系亮度P改為星系的引力F，即有：

F2=F1R2/（2R）2=F1/22 ，

F3=F1R2/（3R）2=F1/32…，

Fn=F1R2/（nR）2=F1/n2 （1）式

式中F1至Fn為第1個相鄰星系至足夠遠的星系對參考星系的引力。

在以上（2）式、（4）和（5）式中有：

P=P1+P2+P3…Pn （2）式

P≤2P1 （4）式

P1≥P2+P3+P4…Pn （5）式 我們將總星系亮度P改為相鄰星系至足夠遠的星系對參考星系的總引力F，則同樣會有：

F=F1+F2+F3…Fn （2）式

F≤2F1 （4）式

F1≥F2+F3+F4…Fn （5）式

我們對以上3個參數表達式作如下解析：

一、設宇宙是無窮大的，星系足夠多的，當宇宙星系數趨于很大時，則宇宙每一星系的后面都受到相同的來自宇宙的（從后一星系起至無窮遠的星系）力F，F=F1+F2+F3…Fn，這個來自宇宙的力F我們稱為宇宙力，是每一星系都受到的力，也是兩個鄰近星系相互分離的力！

二、宇宙力F的大小區間為：

F1+F2+F3…Fn≤F≤2F1

（F1≥F2+F3+F4…Fn）

至少是F1≤F≤2F1

如果不考慮星系質量上的差異，則理論上，任意兩個鄰近星的引力（其實是F1）應小于或等于宇宙力F，即F1≤F。但無論兩鄰近星系的引力是否小于或等于宇宙力，由于宇宙星系每一星系所受到的宇宙力F是恒等不變的，所以無限宇宙星系與星系之間的引力理論上是平衡的，是可能保持相互獨立狀態的！除宇宙力之外，星系本身還存在能量膨脹力產生的能量空間，這也是星系保持間距和獨立狀態的另一個重要因素！我們將在下篇文章《論宇宙的共性與極場旋轉宇宙模式》中詳談。

既然宇宙星系是有限的，宇宙的存在方式究竟又是怎樣的呢？這是我們在第三篇文章《論宇宙的共性與極場旋轉宇宙模式》中詳談。

七、宇宙星系總數與宇宙模型的關系

宇宙星系物質的總量及密度的估算問題，是一個關系到宇宙膨脹與收縮、有窮與無窮的問題，也是一個關系到大爆炸宇宙存在與否的根本性問題。人們通過天文射電望遠鏡觀測宣稱，宇宙空間大約有1000億個星系。如果這一觀測結果屬實的話，那么我們認為這是個與大爆炸宇宙模型無關的數據，即是說，如果人們可以觀測到宇宙空間如此多的星系的話，那么始于一次的大爆炸宇宙模型將是不成立的，反而言之，如果大爆炸宇宙模型成立的話，那么無論人們觀測技術多么先進也不可能觀測到如此多的星系，為什么呢？我們可以通過以下簡明的數學模型推算來說明這個問題。

我們首先假設一個理想密集狀態的宇宙星系分布模型：

a.假設大爆炸宇宙各個星系的直徑和質量基本均等，并相對于宇宙任何空間的分布是基本均勻的，即星系與星系的中心間距是大致相等或理想狀態的。

b.假設宇宙星系的最小中心間距為r，又假想以地球為中心的宇宙空間上分別存在有半徑為r，2r，3r，…nr（n為宇宙半徑除以r）的球面，且每個球的表面積分別是：

4πr2，4π（2r）2， 4π（3r）2…，4π（nr）2。

C.假設在這n個球面上布滿了最小中心間距為r（顯然球面間距等于星系中心間距）的星系，各個星系間距所占有的球面面積均為：S，顯然這些星系間距占有的球面平均面積都大于r2，即S>r2。理論上認為，球面上有多少個星系就應有多少個均等的星系間距和間距球面。

于是我們得到宇宙n個球面的分別球面積為：

4πr2，4π（2r）2，4π（3r）2…，4π（nr）2

每個球面分布的星系數為：

4πr2/S，4π（2r）2/S，4π（3r）2/S…，4π（nr）2/S

大爆炸宇宙星系的總數為：

М=4πr2（1/S+22/S+32/S…+n2/S）

因為S>r2

所以有М<4πr2（1/r2+22/r2+32/r2…+n2/r2）=4π（1+22+32+…n2）

由于數列（1+22+32+…n2）=n（n+1）（2n+1）/6

所以有不等式：М<4πn（n+1）（2n+1）/6 （1）式

（1）式中М為大爆炸宇宙空間可容納的星系總數，n等于宇宙半徑除以星系間距r，n實際上又是大爆炸宇宙空間可容納的球面層數。如果設宇宙年齡為150億年，則宇宙實際最大直徑不超過D=150億光年，于是有：n=D/2/r=150億光年/2r=75億光年/r。

我們從大爆炸宇宙模型的基本原理和對星系間距的研究中知道，宇宙星系與星系以及恒星和恒星之間要保持引力平衡的平均距離至少要大于直徑的20倍以上，如據說最近的仙女座星系的距離就為300萬光年以上，因此設定300萬光年為宇宙星系的最小平均距離是具有說服力的，而且天文觀測實際也達不到這一密度?，F假設星系與星系的中心距最小為：

r=300萬光年。于是有：n=D/2r=150億光年/2X300萬光年二2500。

根據（1）式得： М<4π（1+22+32+…25002）≈650億

這就是說大爆炸宇宙空間可容納的星系總數М小于650億個，但這是人類只能推測而不可能觀測的大爆炸宇宙空間的星系總數。如果按照人類對大爆炸宇宙的最大觀測半徑50億光年（我們在上篇文章中已證明了的）計算得：n==50億光年/300萬光年=1666

М<4π（1+22+32+…16662）≈194億

以上兩個數據（65O億和194億）說明幾個問題：

1、人類對大爆炸宇宙觀測半徑范圍內的宇宙星系總數小于194億個，或者是說人類理論上可觀測到的大爆炸宇宙星系數至多為194億個星系。

2、以上兩個數字是我們假設宇宙星系在最小的間距或最大的密度分布條件下求得的，即使人類可以看到大爆炸宇宙的邊緣，星系總量也小于650億個，更何況星系密度不可能有如此之大，光傳原理也不允許人類的觀測極限達到大爆炸宇宙的邊緣。此外如按照大爆炸理論或哈勃常數，離地球逾遠，星系逾稀疏，從這一意義上說，大爆炸宇宙實際擁有的星系數要比我們假想模型的星系數少很多，因此，人們認為己觀測到的大爆炸宇宙空間有1000億個星系的說法與大爆炸宇宙理論是相矛盾的，人們所觀測到的1000億個星系可能就不在大爆炸宇宙空間之內，而可能在其它宇宙模型的宇宙空間之內！

3、從天文射電望遠鏡觀測到的宇宙星系數量和密度不僅是很大的，而且是各向對稱同性的，或各向分布一致的。這一觀測結果恰恰證明大爆炸宇宙模型不成立，因為我們在上篇文章中就己證明，只要星系是始于一點的大爆炸宇宙而來的，宇宙星系的速度和質量分布就不可能是各向同性的！而應該是各向異性的，否則地球就會成為大爆炸宇宙的中心，靜止不動，這顯然行不通！

4、我們假定的星系間距300萬光年是很小的，星系密度是很大的，星系間距與星系直徑之比才數十倍，例如銀河系到仙女座星系的間距才300多萬光年，人們已經認為有相互吸引的跡象了，顯然如果整個宇宙都是這樣的間距和密度的話，那么不僅大爆炸宇宙相互引力難以平衡，而且所假定的星系間距由于過密，將使觀測距離大大縮小，因為觀測距離與星系密度成反比。由此意義可見，實際天文觀測到的1000億個星系的數據恰好證明大爆炸宇宙模型的不可信。

八、宇宙星系物質的離合問題

為了解決宇宙的引力問題，大爆炸宇宙論者提出了“宇宙要么膨脹，要么收縮”的論點和宇宙源于一次始于一點的大爆炸模型，照此模型原理理解，密度無窮大、空間無窮小的宇宙在大爆炸后，宇宙物質向外（一個開放的宇宙空間）高速度（近光速）膨脹分離而去。顯然，造成宇宙膨脹分離的有兩種力量：一是物質能量的膨脹力，二是物質質量本身的慣性力（我們在《論哈勃常數及其宇宙時空的觀測界限》一文中已有論述）。我們應當承認，大爆炸宇宙學說利用大爆炸能量和質量所產生的膨脹力和慣性力去解決萬有引力問題是整個學說中最成功的方面，但問題是從現實的宇宙看，宇宙的能量和質量是巨大的，可以想象大爆炸當時所產生的這兩種力肯定也是巨大的，以至于相比之下萬有引力幾乎可以忽略不計。萬有引力這種種很弱小的力根本不可能抗衡物質能量的膨脹力和質量的慣性力，即不可能在開始更不可能在后來改變高速膨脹（近光速）的物質運動狀態，如果可能的話，那么大爆炸后不久膨脹就應該停止了。既然這種可能性不存在，而后來為什么宇宙不久又重新組合形成恒星、星系以及星系團、超星系團甚至物質長城？并且這種組合不是局部的而是整個宇宙的普遍現象？這就使人對宇宙大爆炸的高速（近光速）膨脹產生懷疑，特別是對那些至今仍以超光速膨脹的遙遠星系和星系團的形成就更不可信，稍有一點經典力學知識的人絕不相信，高速膨脹分離的物質能夠組成恒星和星系，即使可能組成星系，也不可能組成星系群或星系團，因為星系的慣性力比大爆炸宇宙物質的慣性力更大更不容易改變，星系要組成新的相對運動體系（星系團或群）是沒有支持依據的。

如果宇宙物質真的有能力組合成新的物質體系（恒星、星系、星系群、星系團、物質長城等），說明宇宙總的膨脹能量被萬有引力消耗和減弱了，或萬有引力已經大于了物質能量的膨脹力和質量的慣性力，宇宙的膨脹應該受到抑制和減慢，宇宙早就可能收縮。但人們通過星系光譜線紅移現象分析又認為，幾乎所有星系的膨脹分離不僅沒有停止反而仍在加速（例如我們所在的銀河系星系團的大部分星系也被認為正在遠離我們）。為什么已經形成的星系團和星系群又重新要分崩離析呢？既要分離又要結合在一起，既要結合在一起又要重新分離，這不符合事物變化的規律和邏輯，因為星系組成星系團和星系群是星系相互作用力或萬有引力大于宇宙外力的一種結果，也是星系群體相互運動和影響的一種穩定形式，如果大爆炸宇宙的膨脹分離力量要大于星系的相互作用力的話，也只能是在星系團形成之前的事情，而不可能是在之后的事情，否則大爆炸宇宙模型所描述的宇宙就只能是隨心所欲的東西。

九、宇宙物質密度與空間密度的矛盾問題

大爆炸宇宙論者認為，大爆炸宇宙的始點是質量密度無窮大而空間體積無窮小的點，而這一點就是失去物理學意義和數學定義的奇點，初聽起來奇點問題似乎是大爆炸宇宙模型的數理難題，但認真分析這一觀點并不成立，大爆炸宇宙模型并不存在數理奇點的問題，人們之所以得出奇點問題的結論，是因為人們有一種不符合大爆炸宇宙理論本身邏輯的思維方式，即人們首先固定了一個無限大的宇宙空間的存在，然后再想象宇宙物質在無限大的空間內單獨產生或存在，把時空和物質兩個概念分別開來理解，這樣在宇宙大爆炸后就不再考慮宇宙時空的密度和長度的變化，而只考慮大爆炸后宇宙物質的體積和密度的變化，這種矛盾的思維方式是導致大爆炸宇宙模型存在物質和能量（不含空間）數理奇點的原因。

事實上大爆炸宇宙論既然認為宇宙的膨脹是空間和時間的共同膨脹，就必須認為宇宙物質密度是相對于宇宙空間而言的，當大爆炸宇宙膨脹時，宇宙時空與宇宙物質同時按比例膨脹和變化，這種膨脹和變化比例應是不變的常量。既然大爆炸宇宙物質是有限的常量，也應該認為宇宙時空也是有限的常量，而不應該開始是無限小的無理量，而后來又變為無限大的無理量。更清楚一點說，大爆炸宇宙始點的物質質量與空間體積量之比即物質密度，應該是常量與常量之比而不是常量與無窮小量之比。既是常量之比也應恒等于常量。按照這一邏輯推理，如果假想當宇宙時空和宇宙物質被同時無限壓縮時，我們就可認為，現今的宇宙物質密度或時空密度就等于宇宙大爆炸時的密度。而據天文觀測結果表明，現今的宇宙物質質量密度和能量密度并不大，如果按照這樣一個常量去推測大爆炸宇宙的始點，宇宙根本不存在能量無窮大和空間無窮小的數理奇點問題，也不可能發生像人們所猜測的那種猛烈的宇宙大爆炸。所謂的數學奇點問題其實是人們故弄玄虛作繭自纏的問題，真正大爆炸宇宙模型的問題并不出在所謂的數學奇點上，而出在基本原理的邏輯概念上。

十、大爆炸宇宙模型總的存在問題

歸納上文和本文的研討分析，我們認為大爆炸宇宙學說及模型存在如下幾大問題：

第一、按照哈勃定律，離地球越遠的星系退行速度越快，于是就得到離地球越近的星系密度越大，越遠越疏的結論，地球似乎成了宇宙膨脹的中心，當大爆炸宇宙周邊在以超光速膨脹時地球卻相對靜止不動，這一定律顯然與宇宙大爆炸原理和邏輯不符。更令人費解的是，哈勃常數（關系式）與哈勃定律所表述的膨脹意義是矛盾的，因為哈勃定律所指的是星系在遠離地球，而哈勃常數（關系式）所描述的是地球在遠離星系！

第二、理論上，大爆炸宇宙的物質密度和退行速度的分布一定是不均勻和不對稱的，即各向異性的，但天文觀測的結果卻是宇宙物質的分布基本均勻和對稱的，即各向異性的，這與大爆炸宇宙模型的基本原理邏輯是相矛盾的，也就是說大爆炸宇宙模型不能解釋現實宇宙的各向同性或對稱性問題。

第三、由于光信號的傳遞需要時間，宇宙的高速退行遠離必然導致遙遠古老的星系發現的不可能性，但事實上人們卻發現了光年數比宇宙年齡數更大的遙遠星系，這與基本的光學傳遞原理不能不是一個嚴重的矛盾。

第四、高速膨脹的大爆炸宇宙學說認為星系遠離我們與我們遠離星系的觀測感覺是一樣的，即在兩個不同的坐標系上的觀測結果完全一樣，兩種宇宙星系的光譜線都是紅移的，這不符合相對性原理和光速不變性的物理學邏輯。

第五、大爆炸宇宙論者認為宇宙在無止境的、開放性的空間膨脹，實際上是認為宇宙物質是有限的，而宇宙空間是無限的，這種學說觀點的問題在于，無限膨脹的空間從何而來？有限的物質又從何而來？宇宙空間能否跟隨宇宙物質一同膨脹？如果能，那么空間之外是什么？如果不能，那么空間豈不是先于物質存在？如果宇宙空間先于宇宙物質存在那么始于一次源于一點的宇宙學說又有何意義？

第六、大爆炸宇宙模型所提供的理由依據是以宏觀具體的現象為基礎的，而這些具體的理由依據所要解釋說明的是宇宙學的抽象理念，而這些抽象理念在現有的宇宙物理學中都未曾經過理論和實踐的驗證，例如超光速、超高溫、能量無窮大和空間無窮小、數理奇點以及宇宙的有限性等等，因此要以宏觀具體的“理由依據”去驗證宇宙的抽象理念這本身就有問題，更何況那些以為是的“理由依據”與最基本的數理原理和邏輯都矛盾重重，解釋不清。

總而言之，大爆炸宇宙模型存在不少的缺陷和不足方面，甚至存在低級的數理錯誤，所以說大爆炸宇宙學說及模型是不成熟的，但該學說及模型對于宇宙學的深化研究還是有很大貢獻價值的，首先它的理論探討給予宇宙學的研究太多啟示和聯想，其次我們在研究該模型的過程中得到很多重要的發現和成果，這為日后建立新的宇宙學理論和宇宙模型提供了寶貴的借鑒。

關于宇宙的新模型和宇宙的新理念，我們將在下篇文章《論宇宙的共性與極場旋轉宇宙模式》中會有詳細的論述，歡迎讀者關注和參與討論。