我們所在的銀河系是一個“小宇宙”，銀河系所在的宇宙是個“大宇宙”，正像我們所在的太陽系是一個“小星系”，太陽系所在的銀河系是一個“大星系”。從“小宇宙”的觀測和認識延伸到“大宇宙”，正像從“小星系”的觀測和認識延伸到“大星系”。對“小宇宙”和“大宇宙”，“小星系”和“大星系”的觀測和認識符合哲學結構論和認識論的“等效原理”。由於星系和宇宙處在永恆的運動和變化之中，星系的碰撞與合併，宇宙大爆炸的起源和大膨脹的演變都是一種永恆運動和變化的形式。我們實際上不能絕對精確地測量星系和宇宙的大小，不能精確地瞭解可觀測宇宙包含多少個星系，每個星系包含多少顆恆星和行星，天文學家以現有的觀測技術和計算手段為依託，大致探明瞭星系和宇宙的“家底”。
銀河系的直徑大約為10光年，有的天文學家確認銀河系的直徑為20萬光年，銀河系大約有2500億顆恆星，有的天文學家確認銀河系包含2000億到4000億顆恆星。可觀測宇宙大約有1000億個星系，有的天文學家確定有1000億到1萬億個星系。星系聚集成大小不一的星系團，每個星系團大約有100多個星系，星系團的直徑為數千萬光年，星系團聚集成超星系團，超星系團通常包括幾個、或數十個星系團，直徑達到數億光年。宇宙的直徑大約為930億光年，有的天文學家確定宇宙的直徑大約為920億光年。1光年大約相當94600億公里，930光年大約相當87978000億億公里。銀河系所在的本地星系群大約有50個星系，本地星系群所在的本超星系團大約有100個星系群，本超星系團的直徑大約為2億光年。宇宙的年齡大約為137.5億年。
哈勃通過觀測星系的紅移發現宇宙的膨脹，他最初測量的“哈勃常數”大約為500公里每秒每百萬秒差距，這一常數的含義是一個星系與我們之間的距離每增加330萬光年（百萬秒差距相當於330萬光年），該星系離開我們的運動速度將會增加500公里。2013年，歐洲普朗克衛星使命的科學家通過精確測量的宇宙微波背景輻射數據推算哈勃常數為67。約翰·霍普金斯大學和美國太空望遠鏡科學研究所組成的一支天文團隊在亞當·里斯的帶領下，使用哈勃太空望遠鏡和夏威夷的巨型凱克望遠鏡，他們將超新星作為測量距離的標尺，計算的哈勃常數為73，不同的測量手段和計算模型對應不同的哈勃常數。哈勃常數大意味著宇宙向四面八方擴展的速度更快；哈勃常數小意味著宇宙向各個方向膨脹的速度更慢，我們可以將哈勃常數理解為宇宙膨脹率。時空膨脹率大意味著暗能量更強；時空膨脹率小意味著暗能量更弱。
科學家早已發現微觀宇宙的變化與宏觀宇宙的膨脹有驚人的相似之處，量子宇宙和宏觀宇宙的時空膨脹機制符合哲學邏輯論的“等效原理”，我們可以將假想的量子宇宙膨脹看成是宇宙大爆炸理論的“第七個證據”，也可以將假設的量子宇宙收縮看成是宇宙大收縮理論的“一個證據”，對膨脹和收縮雙向過程的理解符合宇宙哲學的“對應原理”，或者符合物理哲學的“對稱性原理”、“反等效原理”。從時空的微觀結構、或時空的量子屬性來尋找宇宙大膨脹、或宇宙大爆炸的證據，這相當於提出時空膨脹、或時空收縮的量子化問題。物理學家早已提出時空量子化、或量子化時空的構想，就像他們提出了引力量子化、或量子化引力，我們在時空量子化或量子化時空概念的基礎上提出延展性的概念，即：時空膨脹量子化或量子化時空膨脹，目的是找到宏觀和微觀的時空膨脹符合宇宙哲學“等效原理”的解釋，為宇宙大爆炸理論尋找“量子動力學”的依據。
物理學家用“量子泡沫理論”解釋量子宇宙時空膨脹的機理。“量子泡沫”是一種虛擬粒子的集合，無數的虛擬粒子在量子時空場“忽進忽出”，形成瞬間產生、瞬間消失的量子漲落，量子時空結構的波動現象就像啤酒泡沫中的泡泡，時空的“量子氣泡”顯示在量子力學定義的“普朗克尺度”中，它們比原子核的尺寸小了千萬億倍，我們不能以現有的量子技術探測它們的存在。斯蒂芬·霍金用“虛擬粒子理論”解釋了著名的“霍金輻射”，我們在這一理論的啟發下，可以設想用“虛擬粒子理論”或“量子泡沫理論”來解釋宇宙大膨脹的發生。“霍金輻射”得到天體物理實驗證實的可能性很小，從天文學家哈勃的發現到現在，宇宙大膨脹得到了天文觀測的反覆證實。虛擬粒子理論證實的“霍金輻射”和證實的量子宇宙膨脹符合哲學證實論的“等效原理”，因此，宇宙大膨脹的量子化就是“量子泡沫”。
物理學家用特殊的物質態——玻色·愛因斯坦凝聚體進行實驗，將原子的集合體保持在接近絕對零度的狀態，他們發現了原子氣體的振動，微觀的量子力學效應似乎反應了宏觀時空的行為，兩者詭異的一致性讓物理學家將超冷原子的行為和宇宙時空的屬性進行對比，他們用玻色·愛因斯坦凝聚體重現宇宙大膨脹的現象，兩者受相同數學規律的支配，這說明原子集合的凝聚體和宇宙的時空結構符合哲學數學論的“等效原理”。物理學家構建了由超冷原子組成的“宇宙模型”，在實驗室的環境模擬宇宙的膨脹現象，他們採用快速增加球狀原子雲大小的方法模擬宇宙的暴漲和膨脹。在冷原子凝聚體的實驗中使用數十萬個原子，它們在非常接近絕對零度時表現了一種波浪狀的重疊行為，在原子氣體擴張的過程中，原子振動的強度逐漸降低，這似乎預示宇宙在大膨脹過程中光輻射的振動強度隨時間流逝而下降。
量子漲落表示一種在量子時空發生的微小能量波動，從量子泡沫的形成可以揭示宇宙時空變化的宏觀行為。物理學家通過量子實驗的方法來尋找量子泡沫的證據，這使得量子泡沫成為量子物理學最奇異的謎團之一。物理學家相信一個“量子泡沫”的直徑為一個普朗克長度單位，存在的壽命為一個普朗克時間單位。一些物理學家認為，量子泡沫的存在可以通過所謂的“卡西米爾效應”得到證實，荷蘭物理學家卡西米爾在1947年發現了以他的名字命名的效應，即：兩塊在真空中平行放置的金屬板發生微小的相互移動。物理學家試圖用“量子泡沫”來解釋這一效應，由於兩塊金屬板在真空中平行放置，在兩塊金屬板之間和金屬板的外側存在不同數量的量子泡沫，外側的量子壓強高於兩塊金屬板之間的量子壓強，兩者的壓強差導致兩塊金屬板的相互靠攏。
量子泡沫理論和量子弦理論都在普朗克尺度上探求量子的波動行為，兩種理論都假設了量子化時空不光滑、或不連續，可以將微小時空的量子起伏想象成啤酒和肥皂生成的“泡沫”，我們可以認為量子泡沫和絃理論符合哲學概念論的“等效原理”。時空量子化、或量子化時空是宇宙大膨脹或宇宙大爆炸理論的“第七種證明”。量子泡沫理論、弦理論和宇宙大爆炸理論符合哲學時空膨脹論的“等效原理”。宏觀時空的大膨脹和微觀時空的小膨脹存在奇異的等效性關聯。假如量子泡沫理論和絃理論能夠揭示宇宙時空膨脹的原因，那麼物理學家也將找到“暗能量”的來源，真空量子漲落或能量弦的振動產生具有“暗能量”作用的量子泡沫。宇宙時空的大膨脹可以被形象地理解為當我們揭開啤酒瓶、或汽水瓶的蓋子時，啤酒和汽水的泡沫會瞬間膨大並向外衝湧。
（鄧如山 2018-7-5 [email protected]）
（ Quantization explaination to the expansion of time and space ）
閱讀更多 金日談 的文章
