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一、前言
最近一段时间微信的一些科普公众号连续转载了不少对宇宙起源和膨胀的争论文章，阅读了这些争论文章后感觉与维基百科的相关内容相差不大，后面附上维基百科中宇宙膨胀和暗能量相关子目的部分内容，这应该也是目前科学界的主流看法。
但是在进一步阅读和分析这些内容后，发现这些文章基本都没涉及一个问题。而这个问题可能带给我们宇宙加速膨胀的另一个完全不同的解释，即宇宙加速膨胀不需要暗能量。
二、时空弯曲与空间膨胀
既然涉及宇宙及其膨胀这个空间问题，那么我们就必须再回头从新看一下爱因斯坦的广义相对论的相关描述。
广义相对论是一种关于引力的理论，它由爱因斯坦在1907年到1915年间完成。
在广义相对论中，引力被描述为时空的一种几何属性（曲率），而时空的曲率则通过爱因斯坦场方程和处于其中的物质及辐射的能量与动量联系在一起。
根据广义相对论，物质之间的引力来自于时空的弯曲。
美国相对论研究的首席专家，约翰·惠勒解释："爱因斯坦的引力的几何理论可以这样概述：时空告诉物质如何运动，物质告诉时空如何弯曲。"
按个人理解，简单通俗来说，就是大质量物体周围时空弯曲的程度大一些，小质量物体周围时空弯曲的程度小一些，随着物质质量的不同，物质周围的时空弯曲程度也是不同的。一个物体，如果它的质量发生了变化，那么，它周围的时空弯曲程度就一定会发生变化。
那么这里有个问题，空间弯曲程度的变化究竟是不是空间大小即距离的变化，我个人的观点，认为是的。即，物体周围的时空弯曲程度的变化就是物体周围空间大小即距离的变化。并且，目前关于虫洞的科普文章对空间弯曲的描述给人的感觉就是在描述局部空间的收缩或膨胀，即物体间的距离变化。
由于万有引力是与距离的平方成反比的，那么物质的距离越是遥远，这种物质间的距离增加（空间膨胀）就必然会越明显。并且，因为两物体质量的乘积和力与距离平方的乘积成比例，所以距离越是遥远的物体之间，质量变化造成的距离变化即空间变化越容易超过引力的作用。
这从万有引力公式中也很容易看出来：
F=（Gm1m2）/r^2
==》 m1*m2*G=F*r^2
==》 m1*m2=(F*r^2)/G
将两质量的乘积看做质量的平方后，可以得出
m^2=(F*r^2)/G
从这个公式的变形状态来看，当质量发生变化后，对力与距离的影响中，距离的变化会更大一些。那么距离的变化其实也就是空间的变化。（考虑到引力常数数值非常小,它在这里起到的作用是缩小等号左边数值，或放大等号右边数值的作用。）
m^2=(F*r^2)/G
==》 m^2=r^2*(F/G)
在引力不变的条件下，质量等于距离乘以一个系数！（实际上引力是会变的，所以这个系数大于一和小于一的时候，距离的变化率会出现两个结果。这个公式变形如果我没变错的话，它就有点意思了。当质量超过一个数值之后，距离乘以的系数就会大于一，那么距离变化率就会变小，反之，质量小于一个数值之后，距离乘以的系数就会小于一，那么距离变化率就会变大，这就是说，质量存在着一个临界值，并且，这个临界值的数值不大。但是想对这个公式求解却比较困难了，因为引力和距离是随质量变化的，这个方程中有三个变量。） 在多数情况下，宇宙中天体之间的引力都会大于万有引力常数，这就是说质量变化的幅度是大于或远大于距离的。这和我们现实中的感觉也是相符的。
这也表明了宇宙暴涨之后的体积已经是相当可观的了。
由此可以得出一个推论，这个推论就是宇宙物质的质量变化至少是宇宙空间变化（膨胀或收缩）的原因之一。
宇宙的膨胀就表示宇宙的质量一直在减小，宇宙加速膨胀就意味着宇宙的质量在加速减小。
即，空间中的物体质量降低，其周围时空弯曲的程度随之减小，这等同于物质周围空间扩大，即空间膨胀。
在本人看到的全部涉及宇宙膨胀的文章中，宇宙质量的变化被所有人都忽略了。
至于它是主因还是根本原因，这要看具体的观测数据与计算结果，这就超出本人力所能及的范围了。不过，直觉告诉我宇宙质量的变化是宇宙空间涨缩的根本原因。
三、宇宙的正常质量变化
那么，这个宇宙的质量是在减小吗？如果是的，它减小的质量有多少，是否可以忽略不计呢？
这里暂时先不考虑宇宙诞生初期的情况，这个问题后面再说，这里先讨论恒星诞生之后宇宙的质量是否是减小的。
从恒星诞生那一刻开始，其内部就开始了核聚变反应。
【一千吨氢（氢核由单个质子组成）可以转变为 993 吨氦 （氦核由两个质子和两个中子结合而成）。失去的这 7 吨质量将作为同它等效的能量而被释放出来。
然后这993 吨氦进一步聚变为９９１．５吨铁。也就是说，当氢聚变成氦时会有７吨质量转变为能量，而当氦聚变为铁时，只有１．５吨的质量转变为能量。
——摘自《你知道吗 现代科学中的一百个问题》阿西莫夫著，17节“在一颗恒星上，聚变反应可以进行到什么程度？”】
上面这些数据表明，一千吨氢反应到铁的时候是要损失掉约8.5吨质量的，如果再加上之后超新星爆发生成的重金属同位素及其衰变产生的质量损失，这些质量损失的累加应该可以超过1%；
虽然具体到每颗恒星来说，其内部参与核聚变反应的质量比例不是很大，这些质量损失看似很小，但是一百多亿年累积下来，其累计数量应该也是非常可观，所占的比例绝对不能忽视。
尤其是现有研究表明，越是大质量的恒星，其核聚变反应越是剧烈，即质量消耗也就越多，同时寿命也就越短，而宇宙早期体积较小，物质密度较大且非常充足的时候，大质量恒星的数量肯定会远远高于现在。这些大质量短寿命的恒星究竟消耗了多少物质质量呢？
随后的中等质量的恒星一生又要消耗掉多少质量呢？
在一个星系中，恒星数量越多，质量消耗就会越多，星系质量下降就会越快，这也就意味着，这个星系内部以及周围空间发生了加速膨胀。
【2016-2017年LIGO发布检测到的四次引力波事件中：
GW150914 两个分别为29和36太阳质量的黑洞，并合为62太阳质量的黑洞。
GW151226 两个分别为14.2 和7.5 倍太阳质量的黑洞，并合为20.8倍太阳质量的黑洞。
GW170104 两个分别为31.2和19.4倍太阳质量的黑洞，并合为48.7倍太阳质量的黑洞。
GW170814 两个分别为30.5和25.3倍太阳质量的黑洞，并合为53.2倍太阳质量的黑洞。
——这四组数据来自关于引力波的相关网络报道】
上面这些中小型黑洞的每次合并，均消耗了约4%质量。个人猜测这些黑洞可能是早期大质量恒星燃尽后形成的，也可能就是宇宙早期质量丰富的时候直接形成的。
星系中央的超级黑洞如果是由很多的中小黑洞合并形成的话，那么在它们的生成过程中，损失掉的质量同样是可以估算的。
从上面黑洞合并的数据来看，两个黑洞合并的时候，需要消耗掉大约两个黑洞质量之和的4%，即如果要生成一个20倍太阳质量的黑洞的话，合并前的两个黑洞的质量之和就要达到20.8倍太阳质量，由此推算的话，要形成银河系中心黑洞（约450万倍太阳质量），其合并过程中消耗的质量已经超过了这个超级黑洞现存的质量，如果要形成更大的超级黑洞，其消耗的质量所占的比例还要更高。
还有，从引力波的探测范围和探测到的事件频率来看，宇宙中的黑洞合并事件的发生频率也是非常高的。
如果这些超级黑洞是逐渐吸积形成的话，那么其质量损失的计算就要由专业人士来估算了。但是个人猜测，这些超级黑洞的早期是极有可能经历了一段黑洞合并的过程。
我不知道银心黑洞在本超星系团中能排到什么位置。同时也不知道在整个宇宙中这130多亿年来，这些中间阶段的中小型黑洞到底合并了多少次，究竟消耗了多少质量。不过从上面数据来推测的话，这些黑洞所消耗的物质质量极有可能会超过目前宇宙现存的物质质量，甚至消耗掉的质量会是现存质量的几倍。
一个星系从宇宙诞生到今天，经历这130多亿年的时间，有多少质量被消耗掉了呢？
星系的平均亮度是可以观测的，恒星数量也是可以估测的，那么它的质量减少速度也同样是可以估算的。
黑洞的数量是可以估算的，黑洞合并的概率也是可以计算的，那么这一百多亿年来，其质量消耗也是可以估算的。
还有其他的质能转变现象造成的质量减少，这些都是可以估算的。
只是因为个人条件所限，这些计算已经超出了本人的能力，只能留给他人来验算了。
由此反推的话，宇宙早期的质量只能是更大，物质的消耗也会更多。由此，它的质量的损失速度也就越大，这与越是遥远的星系离开我们的速度就越大也是相符的。
四、宇宙初期的质量变化
如果我们把宇宙膨胀和质量减少画上等号的话，那么在宇宙诞生初期它一定经历过一个或几个质量剧减的阶段。
我们知道正负电子和光子之间是可以互相转化的，而电子有静质量，光子没有静质量。同时我们还知道，在核反应中，质量是可以通过转化为能量而减少的。
这说明质量是由某些物质或结构产生或释放的。
由此我们可以大胆的假设一下，在宇宙的初期，当无比巨大的引力将产生质量的结构或物质压垮之后（参照白矮星、中子星和黑洞的形成，这个压垮过程不会需要太长时间，极可能是在瞬间完成的），那么质量的瞬间消失（或急剧降低）就意味着空间的暴涨。
由此还可以产生一个推测，即，黑洞是存在一个质量上限的。
一个超过质量上限的黑洞，压垮了产生质量的结构之后，就转变为一个只喷出物质和能量的物体，这样只出不进的与黑洞相对应的空间物体貌似是被称作“白洞”。
鉴于我们现在对亚原子结构的了解程度，上面这个过程暂时只能是猜测，其具体内容还是未知的。
当宇宙扩张到正反物质产生的时候，正反物质泯灭导致的质量剧减还会再一次的引发空间剧涨。
当正反物质的一种或两种消耗殆尽后，宇宙的暴涨或剧涨也就正式结束了。
在之后，我们的宇宙就进入了加速膨胀或者正常膨胀时期。即前一部分描述的黑洞和恒星的发展阶段。
五、空间膨胀与引力的战争（宇宙的未来与涨缩震荡）
如果宇宙的膨胀源自于质量变化，那么这个宇宙的膨胀会一直持续到它的质量不再大量减少为止。鉴于引力对物质的作用，宇宙膨胀不会持续到质量完全停止减少的时候。
然后，引力的作用从新开始主导宇宙的演变，它将开始进入一个空间收缩的阶段。
当空间收缩到一定程度，物质的密度达到一个临界值以上的时候，恒星会从新形成，空间收缩造成的黑洞接近会让黑洞进一步合并，这种质量减少形成的空间膨胀超过引力的作用之后，宇宙会从新开启膨胀之路。
这种膨胀收缩，在膨胀在收缩，可能会重复很多次，直到最后的质量减少形成的空间膨胀再也不能夺取宇宙演化的主导权为止。
到了那一刻，这个宇宙就开始了最后的收缩阶段，最终结束于一个超超超级黑洞。
只是不知道，那时，那个超超超级黑洞的质量能否达到黑洞质量上限，压垮它的自身，从新成为一个白洞，再次开启一个宇宙周期的循环。
六、说一下暗物质
这里只是推测暗物质的一个可能解释。
【在宇宙学中，暗物质，是指无法通过电磁波的观测进行研究，也就是不与电磁力产生作用的物质。人们目前只能透过重力产生的效应得知，而且已经发现宇宙中有大量暗物质的存在。
现代天文学经由重力透镜、宇宙中大尺度结构的形成、微波背景辐射等方法和理论来探测暗物质。
而根据ΛCDM模型，由普朗克卫星探测的数据得到：整个宇宙的构成中，我们常说的物质占4.9%，而暗物质则占26.8%，还有68.3%是暗能量（质能等价）。
——以上内容来自维基百科的暗物质子目】
既然早期宇宙需要更多的物质产生引力才能形成现在的宇宙的大尺度结构，既然现在我们用尽办法在身边也找不到这些应该存在的物质，同时宇宙的演化又需要消耗大量的质量（物质），那么这些找不到的物质就极有可能是被恒星或黑洞的演化所消耗掉了。它们已经转化成空间膨胀，所以今天我们是再也看不到了。
如果事实如此的话，那么今天我们的银河系和其他所有星系一样，因为恒星的不断燃烧，是依然处在不断膨胀之中的，这在整个星系内部的恒星的运行速度上都会有所表现。
考虑到万有引力是与距离的平方成反比，这表明，越是遥远的距离，这种空间的变化才会越明显，同时，星系内侧恒星所受到的各种天体引力的干扰更强一些，星系外侧恒星受到的各种天体引力干扰的作用较弱，表现会更加明显，所以星系外侧恒星的运行速度会明显高于它的目前正常理论计算速度，这在天文观测之中是已经被证明了的，并且被当做了暗物质存在的证据之一。
不过，暗物质造成的星系外侧恒星的速度异常增量应该是近乎恒定不变的，这是因为目前的暗物质理论中，暗物质几乎不和物质发生任何反应，所以暗物质的质量也是几乎不变的。
但是如果是星系总体质量减少造成的星系外侧恒星的速度异常增量，那么这个速度增量是会持续增加的，这是因为星系的总体质量一直是在下降的，所以星系外侧恒星的运行速度是每时每刻都在不断地随着空间膨胀而增长着。
这一点，目前的观测应该还没有注意到，或者因为恒星轨道的周期性，短期内很难确定这种因空间膨胀所表现出的速度增量。
（注：这个速度增量应该至少包括三个部分：
1、星系内侧中心部分恒星聚变或黑洞合并消耗的质量的影响；
2、星系内侧中心部分恒星或黑洞抛出并弥散到星系之外的物质，造成的星系总体质量减少的影响。
3、恒星本身聚变消耗质量的影响；
第1、3部分对星系和宇宙整体的膨胀都有影响。
第2部分只对本星系的空间膨胀有影响，对宇宙的整体膨胀无影响。）
考虑到万有引力是与距离的平方成反比，因为星系间的距离远远大于星系本身的尺度，所以星系的质量变化与星系间的距离变化即空间膨胀的关系会更加明显易见。
如果这些无法被观测到的暗物质的确是被宇宙的演化所消耗掉了，变成了宇宙空间的膨胀，那么这些数据就应该可以被广义相对论的计算所验证，欢迎有此能力的朋友进行一下验算，以肯定或否定这个猜测。这里我个人提前表示感谢了。
七、结束语
本文的分析，是建立在万有引力和广义相对论的对引力和空间的描述基础之上的。
只是，因为个人条件所限，具体数据和计算有所缺失，在有些细节上可能还是有些问题的。
但是，如果质量变化形成的引力变化就是空间的变化，那么本文的分析在理论和逻辑上就不会有太大的出入，即这条路是正确的。
我们所在的这个宇宙，没有暗能量，也没有暗物质，它的全部演化历史，不管是最初的暴涨，还是紧接着的剧涨，再或者后来的膨胀收缩震荡，都是它质量变化的历史！
最后补充一则近期来自网络的消息：
【中国科学院国家天文台的一支研究团队近日发现了暗能量随时间演化的证据，这一发现表明，暗能量的本质有可能不是爱因斯坦百年前提出的“宇宙学常数”。
国家天文台研究员赵公博领导的一个国际团队，利用其开发的暗能量重建方法，在3．5个标准差水平发现了暗能量状态方程随时间演化的证据。国际权威学术期刊《自然··天文》近日在线发表了该成果，并在随后刊发国际知名学者撰写的解读文章。
“这意味着暗能量的本质可能不是真空能，而是某种动力学场。”赵公博说。】
——这与本文的分析是不谋而合的。
最后特别声明一点，鉴于本人新浪博客已被新浪关闭，所以未经本人允许，本文的具体内容严禁任何人用任何形式全文或局部转载到新浪所属的网站上。
如有违反者，本人保留追究其责任，要求其删除相关内容并对本人进行经济赔偿的权力。
另，本文标题和本文原始链接地址不受限制，可以自由转载。
望看到此文的网友注意此条款，并欢迎举报。
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鉴于国内访问维基百科有些困难，这里附上部分相关的内容。
附：维基百科中宇宙膨胀和暗能量相关子目的部分内容
一、宇宙加速膨胀【本段内容节选自维基百科《宇宙加速膨胀》条目】
在上世纪的宇宙观测中，通过恒星系和超新星的观测数据，我们得到了宇宙的膨胀速度正在加快的提示。在过去数年中，从各方面独立观测得到的结果，证实了宇宙加速膨胀的正确性，这包括宇宙微波背景辐射、宇宙的大尺度结构、宇宙的年龄、对于超新星更精确的观测量、星系团（galaxy cluster）的X射线性质。
现在，天文学者已研究出很多解释宇宙加速膨胀的模型，这包括某种形式的暗能量：宇宙常数、第五元素、暗流体（dark fluid）、幻能量（phantom energy）。
暗能量具有负压强，相当均匀地分布于空间。这是暗能量所具有最重要的性质之一。
二、暗能量【本段内容节选自自维基百科《暗能量》条目】
1、综述
在物理宇宙学中，暗能量是一种充溢空间的、增加宇宙膨胀速度的难以察觉的能量形式。暗能量假说是当今对宇宙加速膨胀的观测结果的解释中最为流行的一种。在宇宙标准模型中，暗能量占据宇宙68.3%的质能。
暗能量现有两种模型：宇宙学常数（即一种均匀充满空间的常能量密度）和标量场（即一个能量密度随时空变化的动力学场，如第五元素和模空间）。对宇宙有恒定影响的标量场常被包含在宇宙常数中。宇宙常数在物理上等价于真空能量。在空间上变化的标量场很难从宇宙常数中分离出来，因为变化太缓慢了。
2、暗能量的相关解释
虽然暗能量存在的证据都来自于间接推测，但有三个主要证据支持：
（1）、根据遥远星系距离与红移量的观测，显示宇宙在它演化过程的后半段经历了加速膨胀。
（2）、实际观测的宇宙是平坦的，这显示宇宙的物质密度应该近似等于大爆炸理论中的临界密度。但是暗物质和通常物质的观测总量加起来都远远不够，需要有额外的物质贡献质量。
（3）、宇宙大尺度质量密度的傅立叶谱支持暗能量存在的假设。
目前通常假设，暗能量在宇宙中各向同性，密度非常小，且不与通常物质发生任何除引力之外的已知的相互作用（即电磁，强，弱相互作用）。暗能量的密度又非常之小，大概10^-29 g/cm^3，因此地球上的实验室应当很难直接发现它。但是因为暗能量应该充满了所有的宇宙空间，因此它占宇宙质能总量的68%，这显著地影响了宇宙整体的演化。
目前的两类暗物质理论——宇宙常数理论和基本标量场理论，都包含了暗能量的两种重要性质——均匀和负压。
3、暗能量存在的具体观测证据
（1）、超新星
1998年，高红移超新星搜索队观测组发表了Ia型超新星的观测数据，显示宇宙在加速膨胀。随之，1999年，超新星宇宙学计划证实了该结果。
（2）、宇宙微波背景辐射
无论是何种形式的暗能量，它都对宇宙空间大尺度曲率有贡献。对宇宙微波背景辐射的观测，可以测量出宇宙目前的曲率，以及宇宙中暗物质和通常物质的含量。目前的观测结果是，我们的宇宙接近平坦，因此宇宙的总物质量应该接近等于临界密度。但微波背景辐射测出的宇宙暗物质和通常物质的含量仅有该值的30%左右，则剩下的为暗能量。
威尔金森微波各向异性探测器（WMAP）卫星耗时七年，给出的数据是宇宙物质的72.8%是暗能量，22.7%是暗物质，4.5%是通常物质。2013年，普朗克卫星给出的数据是，68.3%的暗能量、26.8%的暗物质、及4.9%的通常物质。
（3）、大尺度结构
这部分主要说的是暗物质及其作用，与暗能量关系不大，略。
（4）、萨克斯-瓦福效应
宇宙如果加速膨胀，将改变光子运行路上的引力势阱或势垒的构造，因此在光子通过势阱或势垒的过程中，这种变化的信息就体现在光子中。因此微波背景辐射的各项异性，将有助于我们了解宇宙各个方向的情况。2008年，Ho et al.以及Giannantonio et al.两个小组分别报道了他们的分析结论，显示宇宙在加速膨胀。
4、关于对暗能量进行理论解释的尝试
（1）、宇宙常数
爱因斯坦的引力场方程并没有禁止一个宇宙常数项。爱因斯坦本人曾引入这一项，使得宇宙存在一个静态解。虽然爱因斯坦本人宣称这是他一生中最严重的错误，但是现在宇宙的加速膨胀效应似乎表明，引力场方程中应该有这么一项，虽然它很小。
当然，这一项可以直接“手放”进引力场方程中，但是大家更希望给它一个解释。宇宙学常数项等效于一种物质，它处处存在，且具有负压强。描述粒子物理的量子场论预言了真空“不空”，它里面充斥了各种虚粒子涨落，因此真空本身当然具有能量，称为“真空能”，这种量子效应导致的真空能即等效于一个宇宙学常数。不幸地是，多数粒子物理理论预言的真空能数值过大，通常比测出的暗能量密度（10?29 g/cm3）多出120个数量级，因此这也是粒子物理学理论中一个很深刻的问题。
某些粒子物理学理论，比如超对称理论，其中各项真空能项可以被抵消。但这样又带来一个问题，为何真实宇宙中的真空能又没有被精确抵消，而残留了这么一点点呢？当然，超对称必须破缺，因此真空能不可能严格为0。但另一方面，目前超对称理论无法被实验证明是否是正确的，就算它在短期内被加速器实验证实，它仍然还不是一个有效理论，因为超对称破缺的具体机制并不清楚，而这也会强烈影响真空能的大小。能否给出正确的暗能量数值，也将是检验超对称理论的一个重要标准。
（2）、标量场理论
我们也可以在理论中直接引入一种标量场（可以被称作“第五元素”），用以驱动宇宙进行加速膨胀。与前述的宇宙常数理论不同，标量场理论允许暗能量有一定的不均匀。为了避免不均匀的程度太大，这种标量场的质量（也就是它拉氏量中的二次项系数）必须很轻，这样才能产生一个大的康普顿波长。
但是，如果认为任何场论都必须被量子化，这种标量场理论也必须被量子化。但是标量量子场论的质量并不是稳定的，也就是说，辐射修正不能保证标量场在重整化后的质量项仍然很小，这样，理论面临困难。
某些标量场理论能回答，“为何宇宙加速膨胀恰好能被我们观测到？”这个问题。如果宇宙加速膨胀得稍微早一点，那么在银河系形成之前，物质就已经由于宇宙的加速膨胀而互相分离，不能再凝聚成任何星系系统，也就不能产生人类了。这些标量场理论具有一种称为“tracker”的性质，“tracker”的意思类似追踪，追踪的对象是宇宙中的辐射。在宇宙早期辐射为主时期，这种标量场并不表现任何效应，也就是跟着“追踪着辐射走”，当辐射逐渐被宇宙膨胀稀释，密度降到物质密度以下，就触发了这种标量场开始产生效应，推动宇宙逐渐加速膨胀。
对于宇宙加速膨胀历史的考察，可以了解暗能量的状态方程，进而定出它压强和密度的关系。在自然单位制下，宇宙常数理论语言压强的数值严格等于密度(w=-1)。2004年，一项研究似乎观测到了一点偏离。
一些标量场理论被称作“phantom energy”，它们预言暗能量密度将随时间的流逝而不断增加，甚至能最终导致“大撕裂”。另一些理论则非常大胆地将标量场的动能项写成负的。
作者：一点资讯 |
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发表于 2018-11-27 21:16:10
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