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[转载]“循环宇宙”与“克莱因瓶”

时间：2024-04-16 11:29:30

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[转载]“循环宇宙”与“克莱因瓶”

“循环宇宙”与“克莱因瓶”

杨明昆王严学杨昭国

(ygyzg@)

1.“循环宇宙”

科学家最近提出了循环宇宙模型。该理论认为，宇宙将永远不会结束，而是处于从生长到消亡的循环过程中。大爆炸既不是宇宙的起点也非终点，而只是宇宙不同阶段的“过渡”。［1］

图1 “循环”示意图

我们目前所处的这个宇宙可能只是无休无止不断重复出现消亡的循环宇宙中最新的一个而已。［2］

物理学家提出新理论支持循环宇宙模型。［3］

图2 “循环宇宙”示意图

2.“大爆炸”

在100-200亿年之前，宇宙生之于一次“大爆炸”，物质、能量、时间和空间都由爆炸中创生，爆炸前那种原始的无限稠密被称为“奇点”,由爆炸引起的膨胀，现在仍在继续着。［4］

图3 “宇宙”起源于一次“奇点”“大爆炸”

既然“宇宙”起源于一个“点”——“奇点”的“大爆炸”，并且，我们的“宇宙空间”至今都一直在“膨胀”，那么，我们的“宇宙空间”是如何“循环”的呢？又怎么可能会“循环回到”“奇点”呢？应该怎样理解？

3.“克莱因瓶”

“克莱因瓶”的结构非常简单，一个瓶子底部有一个洞，现在延长瓶子的颈部，并且扭曲地进入瓶子内部，然后和底部的洞相连接。和我们平时用来喝水的杯子不一样，这个物体没有“边”，它的表面不会终结。［5］

图4 “克莱因瓶”

它也不类似于气球，一只苍蝇可以从瓶子的内部直接飞到外部而不用穿过表面（所以说它没有内外部之分）。当然，这只苍蝇也可以从瓶子的外部直接飞到内部而不用穿过表面。

图5 “克莱因瓶无内外”

4.“无内外‘空间’”

如果观察“克莱因瓶”的图片，有一点似乎令人困惑——“克莱因瓶”的瓶颈和瓶身是相交的，换句话说，瓶颈上的某些点和瓶壁上的某些点占据了三维空间中的同一个位置。但是事实却非如此。

事实是：“克莱因瓶”是一个在四维空间中才可能真正表现出来的曲面。如果我们一定要把它表现在我们生活的三维空间中，我们只好将就点，把它表现得似乎是自己和自己相交一样。事实上，“克莱因瓶”的瓶颈是穿过了第四维空间再和瓶底圈连起来的，并不穿过瓶壁。这是一个事实上处于四维空间中的曲面。在我们这个三维空间中，即使是最高明的能工巧匠，也不得不把它做成自身相交的模样；就好像最高明的画家，在纸上画扭结的时候也不得不把它们画成自身相交的模样。［5］

“克莱因瓶”的特点可以帮助我们进行思考——存在这样的“空间”——“无内外‘空间’”：没有“内外之分”。即可以从这个“空间”的“内部”，在“不经过这个‘空间’”的情况下，到达这个“空间”的“外部”；也可以从这个“空间”的“外部”，在“不经过这个‘空间’”的情况下，到达这个“空间”的“内部”。

5.“光子球”

对于广义相对论中的开普勒问题的讨论，认为：对于无质量的粒子（可以有运动质量），例如对于“光子”可以存在一个半径R=（3/2）RS的圆轨道(RS为中心质量的史瓦西半径)，称这个半径所构成的球为“光子球”（我们的讨论认为：“光子球”上的“物质”应该是“光速物质”——“‘光速物质’球”——另文讨论——笔者注）。［6］

黑洞外围假想表面是包覆著的光子球层，如果光线与光子球层以切线方式擦身而过，那引力便能抓取光子将之沿着光子球层，永远绕着黑洞旋转，类似卫星绕地球旋转一般。［7］

所以，“光子球”上可以聚集、储存“切线方向”上的“光子”。

图6 “光子球”

对于上述的“光子球”，如果中心质量能够在“足够长”的时间内保持稳定，那么在这个“光子球”上，就可以聚集、储存“超巨量”的切线方向上的“光子”。我们把这种现象称为“光子球超巨量”。

广义相对论亦预言奇点存在于黑洞之内：任何恒星因引力坍缩至小于其史瓦西半径后会形成黑洞，产生一个被事件视界包围的奇点。［8］

对于上述“奇点”来说，其外部可以存在一个“光子球”，称为“奇点光子球”。

图7 “奇点光子球”

6.“能量负压”

爱因斯坦的宇宙学常数或真空能预言状态方程w（压强与能量密度之比值）不随时间而变、且恒为W=-1。［9］［10］

若设一个空间内的“能量密度”为ρ0，压强为p1，则由w=-1，即w=p1/ρ0=-1，亦即p1/ρ0=-1，可得“能量负压方程”：p1=-ρ0。

如果在半径为r的球(体积V=（4/3）πr3，π为圆周率)内，拥有的能量为E1，那么p1=-ρ0=-E1/V=-（3/4π）E1/r3。即有“负压公式”：

在这里，我们假定上述“状态方程” W=-1也适用于“光子能量”。

根据“负压公式”，可以知道，拥有“超巨量光子能量”的“奇点光子球”上，可以产生“超巨大”的“负压”——“奇点光子球负压”。

“奇点光子球”在“超巨大”的“负压”作用下，会形成一个曲率为负的“伪球面”。［11］

图8 奇点光子球伪球面“

7.“宇宙循环”

7.1“宇宙空间”

因为“奇点”是一个“被事件视界包围的奇点”，［8］所以在“奇点视界”之内发生的“大爆炸”，也不会“影响”到“视界”之外。

图9 “大爆炸”不会“影响”到“奇点视界”之外

因此，我们的“宇宙空间”就可以看成是“奇点视界之内的空间”。那么，对这个“奇点视界之内的空间”来说，也可能是一个“无内外的‘空间’”：也可以从这个“空间”的“外部”，在“不经过这个‘空间’”的情况下，到达这个“空间”的“内部”。

图10 “宇宙空间无内外”

上述“伪球面”在“负压”——“反引力”的作用下，曲率负值逐渐变小，趋向于-∞，形成“点状”，称为“对称奇点”。

图11 “对称奇点”产生“反引力”

7.2“循环宇宙”

“奇点”产生“引力”，称为“引力极”，——“质量”——M极，“对称奇点”产生“反引力”，称为“反引力极” ——“能量”——E极。［12］

图12 “引力极”与“反引力极”

所以，我们的“宇宙空间”，可以是一个“两极宇宙”：“奇点”产生“引力”，称为“引力极”，“对称奇点”产生“反引力”，称为“反引力极”。

图13 “两极宇宙”

并且，这“两极”：“引力极”——“奇点”与“反引力极”——“对称奇点”，是“重合”的，两者构成一个“六维“的“卡拉比—丘”空间。［13］［14］

这一点，与数学家黎曼的发现是一致的。他发现了“圆柱形空间”，圆柱形两头互相连接——这一现象在普通的三维空间是不可想象的。［15］

综上所述，我们就可以理解“循环宇宙”了：“宇宙”从“奇点”“大爆炸”开始，逐渐膨胀，在“奇点光子球负压”的作用下，到达“奇点视界”之后，形成曲率为负的“伪球面”——产生“反引力”，再回到“奇点视界之内的空间”，并“不会占用原来的空间”，最后到达“反引力极”——“对称奇点”，而“对称奇点”与“奇点”统一于一个“六维“的“卡拉比—丘”空间，完成一个“循环”。

参考资料:

［1］《美英科学家提出“循环宇宙”模型》中国教育和科研计算机网

（/20020423/3025315.shtml）

［2］《循环宇宙论》百度百科

（/view/10142503.htm?fr=aladdin）

［3］《物理学家提出新理论支持循环宇宙模型》新浪科技

（/d/-07-17/08225791559.shtml）

［4］《膨胀宇宙模型》百度百科

（/view/753456.htm?fr=aladdin）

［5］《克莱因瓶》百度百科

（/view/65561.htm?fr=aladdin）

［6］《广义相对论中的开普勒问题》维基百科（/wiki/广义相对论中的开普勒问题）