彭罗斯(Penrose)保形循环宇宙学的致命缺陷

戴榕菁

2020年诺贝尔物理奖获得者之一的罗杰彭罗斯近些年来脑洞大开，改变了他之前的一些看法提出了一个保形循环宇宙学（Conformal cyclic cosmology），认为宇宙发展是一个从大爆炸开始膨胀直到没有质量只有光子的完全膨胀状态，然后进入下一个大爆炸，再重新开始保形（conformal）膨胀直到全是光子，然后开始下一个大爆炸，再膨胀这样一个无限循环的过程。

但是，彭罗斯的理论中却隐含了一个致命的缺陷。

一百多年前，在光速不变以及时间的意义取决于光信号的传播的前提下，爱因斯坦建立了狭义相对论，得出了光速是四维时空中的速度极限的结论，并与普朗克的光能公式E=hf相结合得出了著名的E=mc²的质能等效公式。

爱因斯坦的狭义相对论将时间与光子的运动从本质上连接在了一起；相应地，人们又得出了一个结论说，光子是不会经历时间变化的，这是因为时间的意义本身就在于光子传递信息的速度而光子随时随地都在给自己瞬间传递信息因此不会经历时间变化。这一说法也反映在了狭义相对论中有关时间的洛伦兹变换上：当速度v=光速c时，洛伦兹变换因子γ趋于无穷大，也就是说光子渡过的每一时刻在世界上不是一年两年，而是无穷大，因此光子是不会渡过时间的。

光子不经历时间变化这一理论成为了彭罗斯的CCC（即保形循环宇宙学）的一个核心成分，也正是他的这一理论的致命要害。

彭罗斯说，宇宙在暗能量的驱动下按照现在的这种加速膨胀发展下去，总有一天所有的质量（mass）都要被撕碎成为能量，然后这个宇宙就只存在没有质量的光子，而光子是无法感受时间的，这就意味着时间的终结，这与现有的大爆炸理论关于大爆炸之前是没有时间的说法就一致了，那时，宇宙就要进入到下一个大爆炸的循环，而上一个宇宙中的电磁波能就会随着大爆炸而进入到下一个宇宙中去。

这里彭罗斯忽略了一点，那就是在爱因斯坦那个年代，当人们根据狭义相对论提出光子是不会经历时间的这一论点时并不知道宇宙是膨胀的。后来当人们认识到宇宙是膨胀的之后，并没有对这一理论进行应有的修正：光子其实一定会经历时间的，只不过狭义相对论没有能表现出这一点来而已。这是因为宇宙的膨胀导致了所有在宇宙中运行光子的频率都在下降，这就意味着宇宙的膨胀决定了光子内部是在发生着变化的，而与狭义相对论相比，变化本身才是时间最基本的意义！

狭义相对论之所以没有能表现出光子所经历的时间是因为狭义相对论是建立在不同的物体之间通过光子来传递信息的基础之上的，而光子自身的变化并不需要在不同的物体之间进行，因此也就不会反映在狭义相对论上了。

所以说，用狭义相对论来诠释时间本身是有缺陷的！这一点的哲学意义是明确的！遗憾的是，物理学界却因为轻视哲学而长期没有认识到这一缺陷，以至于相彭罗斯这样的数学及物理天才都会将自己的理论建立在这样一个具有明显的既是物理的也是哲学的缺陷之上。

如我之前在“能量不守恒及经典薛定谔猫？”一文中指出的，普朗克的光能公式E=hf决定了宇宙中的光能将由于随机的红移和蓝移随时随地发生着变化；进一步地，宇宙整体的膨胀使得宇宙中的光能会由于不可逆转的红移而如物理学家们已经认识到的那样地每时每刻都在大量地消失着。因此，即便当宇宙膨胀将所有的质量（mass）都如彭罗斯所说的那样撕裂成能量而以光子的形式存在时，时间仍然不会象彭罗斯所认为的那样消失。而所有的光子的能量将会随着宇宙膨胀继续下降，所有的可见光将变成红外线，红外线将变成无线电，最后宇宙中所有的能量会彻底消失。在这过程中能量是完全不守恒的，而是向着单一的方向消失，最后的宇宙将成为完全的无能量的宇宙，那时时间才真正地终止。

当然，这过程中还有一种能量不但没有消失，而且是不断增大，那就是所谓的暗能量。但是，承认暗能量本身也会对彭罗斯的时间终止说构成威胁：你如何证明暗能量不会经历时间？宇宙膨胀本身就是一种变化，而时间的真正哲学意义就是变化！与其它任何一种定义相比，变化才是时间的最根本的意义。。。。。。

这是我对上面这个视频的提问：how could you branch only part of the wave function...if there two of me, we cannot type on this same computer at the same time...so it has too be the whole universe to be branched...