《当代宇宙科学发生学》 第一章 为什么要建立中国自己的宇宙发生学 第一节 西方主流宇宙学的成就与困境

《当代宇宙科学发生学》

第一章 为什么要建立中国自己的宇宙发生学

第一节 西方主流宇宙学的成就与困境

我这一生，从年轻时在东北人民大学听朱光亚老师讲核物理，到后来在北京化工大学教书、在全国政协参与学术讨论，再到晚年主持常州《黄帝内经》当代科学解读馆，始终有一个问题萦绕在心头：我们中国学者，能不能在宇宙起源和生命本质这样最根本的科学问题上，提出一套不同于西方、但又逻辑自洽的理论？

钱学森先生生前多次对我说：“金教授，人体科学、气功、中医，这些里面一定有大学问。你们要用现代科学把它讲清楚。”朱光亚老师也叮嘱我：“不要听西方的‘一个小金币奇点一次性大爆炸’论，要建立中国自己的宇宙发生学。”

我正是在他们二位的启发和指导下，走上了这条探索之路。几十年下来，我越来越相信，中国学者完全有能力在基础科学领域做出原创性贡献。而第一步，就是要看清西方主流宇宙学的成就与困境，知道他们的长处在哪里，短板又在哪里。

下面我就从六个方面，谈谈我对西方主流宇宙学的看法。这些看法不是全盘否定，而是站在中国学者的立场上，客观地分析其优势与不足。

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一、大爆炸理论的三大观测支柱——我们不能否认它的成功

首先我得承认，西方宇宙学在过去一百年里取得了巨大成就。大爆炸理论有三个非常坚实的观测证据，这是任何替代理论都必须认真对待的。

1. 星系红移与宇宙膨胀

1929年，美国天文学家哈勃发现，几乎所有的星系都在远离我们，而且越远的星系远离的速度越快。这个关系被称为哈勃定律。它意味着空间本身在膨胀。这个发现彻底改变了人类对宇宙的认识——宇宙不是永恒不变的，而是有一个演化的历史。后来的观测不断精确化，哈勃常数被测定在67-73 km/s/Mpc之间，据此推算的宇宙年龄大约是138亿年。这个证据是客观的，不容否认。

2. 宇宙微波背景辐射

1964年，彭齐亚斯和威尔逊在贝尔实验室调试天线时，意外发现了一种来自宇宙各个方向的、均匀的微波噪声，温度约为2.7开尔文。这种辐射后来被解释为大爆炸后约38万年时，宇宙从高温等离子体冷却到中性气体时释放的光子。随着宇宙膨胀，这些光子的波长被拉长到微波波段。这个解释非常漂亮。后来的COBE卫星、WMAP卫星、Planck卫星对背景辐射的各向异性进行了精密测量，不仅确认了大爆炸理论的核心预言，还给出了宇宙的精确参数。这一发现为大爆炸理论赢得了诺贝尔奖，也赢得了大多数物理学家的支持。我本人也认为，这是大爆炸理论最硬的证据之一。

3. 轻元素丰度的理论预言与观测符合

大爆炸理论还预言，在宇宙最初几分钟的核合成过程中，会产生特定比例的氢、氦、锂等轻元素。比如，氦的质量丰度应约为24%，氘与氢的比值约为2-3×10⁻⁵，锂-7与氢的比值约为10⁻¹⁰。后来的天文观测与这些预言高度吻合。其他理论，比如稳态宇宙模型，完全无法解释为什么宇宙中会有这么多氦。这个成功让大爆炸理论在20世纪60年代后逐渐成为主流。

我在这里把这三个证据讲清楚，是因为我们中国学者做学问要有起码的诚实。我们不能因为要建立自己的理论，就闭着眼睛否定别人的成果。大爆炸理论的成功是实打实的，任何一个新理论都必须能够包容这些观测事实，或者给出更好的解释。我的“大空间爆炸”模型并不否定宇宙膨胀、背景辐射和轻元素丰度，而是试图在奇点之外给出一个更实在的起点。

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二、奇点——一个无法用物理描述的黑箱，让我和朱老师都不舒服

尽管大爆炸理论在解释宇宙演化方面非常成功，但它有一个根本性的问题：它无法解释宇宙的真正“开始”。

如果把宇宙膨胀的过程反向回推，按照爱因斯坦的广义相对论方程，所有的物质、能量、空间、时间都会被压缩到一个体积无穷小、密度无穷大、温度无穷高的“点”。这个点被称为“奇点”。在奇点处，所有已知的物理定律都失效。时间本身也从这里开始，之前没有任何“之前”。

对于很多物理学家来说，这也许是可以接受的。他们认为科学只需要描述“奇点之后”发生的事情，至于奇点本身，那是哲学的范畴，或者留给未来的量子引力理论。但我不这么看。朱光亚老师当年就明确告诉我：“金日光，你要注意，一个理论的起点如果是数学上的奇点，那说明这个理论在这里已经走到了尽头。你不能把一个最根本的问题，用一个无法检验的数学奇点来搪塞。”

我深以为然。物理学是实证科学，你不能用一个“无穷大”来作为答案。无穷大出现在公式里，往往意味着方程在适用范围之外，需要新的物理。大爆炸理论的奇点问题，本质上就是广义相对论在极端条件下失效的表现。要真正解决宇宙起源问题，需要量子引力，或者某种全新的思路。

钱学森先生也多次说过：“西方人喜欢把一个东西说成是从‘无’中蹦出来的。中国哲学不这样看。宇宙一定有它实实在在的起源物质。”他主张我们不要跟在西方后面跑，而要另辟蹊径。

正是基于这些思考，我才提出了“大空间爆炸”的替代模型：宇宙不是从一个几何点炸出来的，而是从充满高能正负电子对的整个空间同时开始的。这个模型没有奇点问题，因为正负电子对是实实在在的物理实体，它们的对撞是物理规律可以描述的。朱光亚老师看过这个模型后，非常支持，说这才像话。

我常常想，如果一个理论连它自己的起点都解释不了，那它还算一个完整的理论吗？大爆炸理论在描述宇宙演化方面非常出色，但在“第一推动”这个问题上，它留了一个大窟窿。这正是我们中国学者可以有所作为的地方。

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三、分数电荷——数学上成功了，但我心里一直“难受”

西方标准粒子模型的一个核心假设是：夸克带有分数电荷。上夸克带+2/3e，下夸克带-1/3e。两个上夸克加一个下夸克，正好是+1，符合质子的电荷。而且用这个分数电荷模型，可以非常精确地计算出质子和中子的磁矩。这是它的成功之处。

但我必须坦白说，从我年轻时听朱老师讲核物理课开始，就一直对“分数电荷”这个概念感到“难受”。为什么难受？因为电荷量子化是实验的铁律——自然界中所有自由存在的粒子，其电荷都是电子电荷e的整数倍。从来没有人在任何实验中观测到带分数电荷的自由粒子。

西方学界的解释是：夸克被“色禁闭”在强子内部，永远不能单独跑出来，所以你永远不会看到自由状态的分数电荷。这个解释在逻辑上是自洽的，但它并没有真正回答“电荷为什么可以被分成三份”这个物理本质问题。它只是说“你测不到，所以没关系”。

朱光亚老师对这个问题的态度比我更明确。他曾多次对我说：“我讲原子核物理课，最伤脑筋的就是讲分数电荷。明明一个电子电荷是最小的单位，为什么非要把它分成三份？这不是数学游戏吗？”他甚至说，西方学界自己也有很多人在这个问题上“心里难受”，但没有人敢公开反对，因为标准模型太成功了。

我理解朱老师的意思。一个理论在数学上成功，不等于它在物理直观上是完善的。科学史上有很多这样的例子：比如托勒密的地心说，通过复杂的本轮均轮，也能相当精确地预测行星位置，数学上并不差，但它的物理图像是错的。我们不敢说标准模型是错的，但分数电荷这个假设，至少是一个“不舒服”的地方。

正是为了回应这个“不舒服”，我才下决心寻找一个不需要分数电荷的替代方案。后来我从3×3×3立方体结构出发，用27个带整数电荷的微夸克，成功计算出了质子和中子的磁矩，而且计算结果与实验值非常接近。质子的磁矩计算值是+2.72μ_N，实验值是+2.79μ_N；中子的磁矩计算值是-2.01μ_N，实验值是-1.91μ_N。朱光亚老师看了之后非常高兴，说：“这个好！我终于可以不用再给学生讲分数电荷了。”他还说，微夸克模型“彻底解决了他一生中耿耿于怀的难题”。这是对我最大的鼓励。

我后来常常想，朱老师为什么对分数电荷这么“难受”？不仅仅是因为他是一个物理学家，更因为他是一个工程师。他造原子弹、氢弹，需要的是精确的、可测量的、物理图像清晰的量。分数电荷这种东西，在数学公式里很好用，但在工程直觉上是个障碍。微夸克模型用整数电荷，一下子就消除了这个障碍。

四、质量来源之谜——99%从“说不清”的胶子能量中来，这让我心里也不踏实

另一个让我感到不安的问题，是质子的质量来源。

按照标准模型，上夸克的裸质量大约是2.2 MeV/c²，下夸克大约是4.7 MeV/c²。三个夸克的质量加起来大约只有9.1 MeV/c²。可是质子的实际质量是938 MeV/c²。也就是说，三个夸克自身的质量只占了不到1%，剩下的99%以上从哪里来？

标准模型的回答是：从强相互作用的结合能来。夸克之间通过交换胶子产生强烈相互作用，这些胶子的动能和相互作用能，根据爱因斯坦的E=mc²，转化成了质量。胶子本身静止质量为零，但它的能量却有质量效应。

这个解释在数学上是自洽的。量子色动力学的格点计算也确实能够重现质子的质量。但是，作为一个物理学家，我总是忍不住追问：质子里到底有多少个胶子？它们的能量是怎么“固化”成质量的？

答案有点令人失望：胶子的数量是不确定的。在量子场论中，质子内部的胶子和海夸克的数量取决于你用什么能量尺度去探测。能量越高，看到的海夸克和胶子就越多。所以没有一个固定的数字可以回答“质子里面有几个胶子”。格点量子色动力学可以计算质子的质量，但不会告诉你“有多少个胶子”，因为胶子数在量子场论中不是一个可观测的物理量。

对于理论物理学家来说，这也许不是问题。他们关心的是可观测量的计算，而不是“粒子个数”这种定义不明确的概念。但对我来说，这种“不确定性”总觉得不够踏实。尤其是我和朱老师、钱老讨论人体科学问题时，我们关心的“气”应该是一种实在的、有确定来源的能量。如果连质子的质量都有一大块来自“说不清”的东西，那宇宙中还有什么东西是实在的呢？

我的微夸克模型给出了一个更直接的解释：质子由27个微夸克组成，每个微夸克的质量是68倍电子质量，27×68=1836，正好等于质子质量与电子质量的比。质子的质量就是这27个微夸克的质量之和，不需要胶子能量来凑。这个解释虽然增加了粒子数，但它把质量来源说得明明白白，没有“不定数”。朱光亚老师很认可这一点。他说：“这才像话，物理就应该有确定的答案。”

我并不是说胶子不存在。胶子作为强相互作用的传递子，在高能对撞实验中已经被间接证实。但是，胶子对于质子质量的贡献到底有多大，是不是真的占了99%，这是可以通过微夸克模型重新审视的。也许，质子的质量大部分来自微夸克自身的质量，胶子只起束缚作用，而不是质量的主要来源。这个问题值得进一步研究。

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五、胶子的数量与本质——一个至今没有确切答案的问题

既然谈到了胶子，我想多说几句。胶子是传递强相互作用的规范玻色子。标准模型告诉我们，胶子有8种，静质量为零，自旋为1，自身带色荷。胶子之间可以相互耦合，这使得强相互作用的理论——量子色动力学——变得极为复杂。

在高能物理中，胶子的存在已经被实验证实。正负电子对撞产生三喷注事件，就是胶子辐射的直接证据。但是，当问到一个具体的问题——“质子里面到底有多少个胶子”——却没有一个确定的答案。

原因在于，在量子场论中，粒子数不是洛伦兹不变量，而且依赖于能标。在低能时，我们看到的质子主要由三个价夸克组成，海夸克和胶子很少。在高能时，探针可以分辨更短距离的结构，就会看到越来越多的海夸克和胶子从真空中激发出来。胶子的数量随着能标的增加而增加，没有上限。这就是所谓的“部分子分布函数”描述的图像。

那么，质子的质量中来自胶子的那部分，是来自多少个胶子呢？没有人能给出一个确切的数字。格点量子色动力学可以计算胶子场对质子质量的贡献，但不会说“来自第12345号胶子”。它是一个场的贡献，而不是一个个粒子的贡献。

对于很多物理学家来说，这是可以接受的。场论本来就是用连续场描述相互作用的，粒子只是场的激发。但对我这样一个从第四统计力学角度研究问题的人来说，我更倾向于有确定数目的实体粒子。微夸克模型满足这个要求：27个微夸克，一个不多，一个不少。朱光亚老师也偏好这种确定性的描述。

我在这里并不是要否定胶子物理。量子色动力学是一个优美的理论，已经获得了诺贝尔奖。我只是指出，在解释质子质量来源这个问题上，主流理论给出的答案并不像公众想象的那样“干净”。它依赖于复杂的格点计算和某些假设。而微夸克模型用最朴素的算术就能给出同样的总质量。这不是巧合，而是值得我们深思的现象。

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六、西方宇宙观对“气”“意识”“信息”的沉默——这是我们的机会

最后一点，也是最重要的一点：西方主流宇宙学只研究物质，不研究“气”、意识、信息。这不是它的缺陷，而是它的学科边界。宇宙大爆炸理论从物质的起源讲起，到星系的形成、恒星的演化、元素的合成，它不讲什么是“气”，不讲人体为什么能“通天气”，不讲特异功能和外气治疗。这是它的特点，不是它的错误。

但是，中国学者不一样。我们有《黄帝内经》《道德经》的传统，有几千年的养生、气功、中医实践。我们相信宇宙中除了物质和已知的能量形式之外，还存在着某种与生命密切相关的“气”。钱学森先生称之为“通天气”。他多次对我说：“金教授，你一定要弄清楚，人体这个开放巨系统，到底是怎样与宇宙交换能量和信息的。”

冯理达将军用大量外气治病实验证实，气功师发出的“外气”能够产生客观的物理效应，比如红外辐射、次声波、静电等。她的实验数据是真实的，不是什么迷信。王光美女士作为物理学背景的学者，也积极参与了这些讨论。她们都认为，需要一个物理理论来解释这些现象。

我认为，要回答钱老的问题，就必须在西方主流宇宙学的基础上，增加一个新的维度。这就是我提出“宇宙双势能场”理论的初衷。

在我的理论中，宇宙不仅仅有物质和电磁场，还有一个遍布全宇宙的暗势中微子场（Σν+Σν̄）。这个场来自正负电子对撞的净结果（e⁻+e⁺→Σν+Σν̄），它与明势电磁场同时诞生，互为镜像。暗势场超光速、穿透一切、充满宇宙，可以携带全信息。它就是“气”的物理载体。

人体通过经络系统中富集的5+11生命动力元素的d电子，可以接收暗势场的能量，将其转化为生物能，从而实现“通天气”。经络穴位中这些元素的浓度显著高于非穴位，这是我们用原子发射光谱测出来的。d电子在正八面体配位环境中形成双金字塔结构，像天线一样聚积宇宙能量，然后以红外光子形式发射出去，驱动生命化学反应。

这个框架在西方主流宇宙学中是找不到的。它不是从西方的实验数据中推导出来的，而是从中国的哲学思考和对人体科学的关注中生长出来的。我认为，这就是中国学者可以做出独特贡献的地方。

西方科学界不是没有人研究意识与宇宙的关系，但他们的研究往往被边缘化，不被主流承认。我们中国学者不必受这个束缚。我们有完全独立的学术传统和问题意识，完全可以在自己的理论框架下，大胆探索西方不敢碰的问题。

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七、小结：困境也是机遇，这是中国学者创新的起点

总结一下，我这一节讲了六个方面的问题：

第一，大爆炸理论有三大观测支柱，这是它的成功之处，任何新理论都不能无视它们。

第二，奇点问题是大爆炸理论的软肋。一个不能解释自身起点的理论，是不完整的。

第三，分数电荷在数学上成功，但在物理直观上让人“难受”，尤其是朱光亚老师和我都有这种感觉。

第四，质子质量的99%来自胶子能量，但胶子数量不确定，这让人心里不踏实。

第五，胶子的本质是一个场，不是一个个可数的粒子，这与我们追求确定性描述的偏好不符。

第六，西方宇宙学不研究“气”、意识、信息，这正是中国学者可以大有作为的领域。

西方主流宇宙学取得了辉煌的成就，但它并非完美。这些困境和局限，本身就是中国学者创新的机遇。钱学森先生、朱光亚老师、冯理达将军、王光美女士，他们在全国政协的平台上，一直支持我用当代科学解读《黄帝内经》，建立中国自己的宇宙发生学。朱老师甚至明确告诉我：“不要怕西方人不接受，真理不是由投票决定的。”

我这一辈子，就是在他们的鼓励下，一步一步走到了今天。这本书，就是我向他们交的答卷。

在下一节，我将具体讲述，我们中国学派是如何从这些困境中觉醒，并开始探索自己的宇宙发生学道路的。

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