第六章 我們談一談暗能量
第六章 ?我們談一談暗能量
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6.1暗能量的橫空出世
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通過前面的內(nèi)容我們已經(jīng)知道,物理學(xué)家或天文學(xué)家通過估測銀河系等星系的物質(zhì)總量,以及星系中恒星運動的速度的矛盾,想象推測出暗物質(zhì)的存在。還有若干獨立證據(jù)顯示有暗物質(zhì)的存在。暗物質(zhì)參與萬有引力活動,因為暗物質(zhì)本身就是通過萬有引力推測想象出來的。不參與電磁力作用和強(qiáng)相互作用,科學(xué)家想象以及通過新理論認(rèn)為暗物質(zhì)應(yīng)該會參與弱相互作用,這只是想象或理論,暫時還沒有證據(jù)。不過,科學(xué)家已經(jīng)通過假設(shè)暗物質(zhì)參與弱相互作用而設(shè)計了一些探測方案,來間接探測暗物質(zhì)的存在,比如我國的悟空衛(wèi)星。如果真能間接探測出暗物質(zhì)存在的話,這不僅間接證明了暗物質(zhì)的存在,自然也顯示了新理論的正確性,以及證實了暗物質(zhì)確實參與弱相互作用。如果暗物質(zhì)不參與弱相互作用,我們就無能為力了,暗物質(zhì)也許就永遠(yuǎn)發(fā)現(xiàn)不了了。
1998年,美國加州大學(xué)伯克利分校(UCBerkeley)物理學(xué)伯克利國家實驗室(LBNL)科學(xué)家索爾皮爾姆特(SaulPerlmutter),以及澳大利亞國立大學(xué)布賴恩施密特(BrianSchmidt)分別領(lǐng)導(dǎo)的兩個小組,通過對Ia型超新星(標(biāo)準(zhǔn)燭距)觀測發(fā)現(xiàn),遠(yuǎn)離銀河系的星系在以越來越快的速度遠(yuǎn)離我們。而不是隨著萬有引力的作用,遠(yuǎn)離銀河系的星系遠(yuǎn)離我們的速度在逐漸縮小或基本不變。正是這種事實,讓人大傷腦筋。這需要萬有斥力的出現(xiàn),才能解決這種我們知道的新情況。
既然需要萬有斥力,那么萬有斥力自然會到來,擁有負(fù)壓本領(lǐng)的暗能量概念橫空而出。為了不與銀河系的萬有引力作用相矛盾,暗能量需要均勻分布于整個宇宙空間,且有一定的分布密度,其分布密度是可見物質(zhì)和暗物質(zhì)分布密度之和的三倍左右。這樣才能保證在太陽系或銀河系內(nèi),以及星系團(tuán)之間表現(xiàn)出引力作用,而在更大距離的情況下,星系之間表現(xiàn)為排斥力。
??這應(yīng)該也容易理解,暗能量均勻分布,暗能量對可見物質(zhì)或暗物質(zhì)的單位面積的作用力即壓強(qiáng)全宇宙都一樣的。由于萬有引力與距離的平方成反比,距離倍增,引力減少到之前的四分之一。在銀河系這樣的尺度內(nèi),引力衰竭不大,表現(xiàn)為明顯的引力效果。就是擴(kuò)大到星系團(tuán)這樣的范圍,引力效果雖然減少明顯,但是暗能量的斥力依然沒有引力大。但是,隨著星系之間距離的繼續(xù)增加,引力效果快速減少,而暗能量的斥力依然穩(wěn)定不變,這意味著總有一個距離門檻,暗能量的斥力將與萬有引力相等,然后隨著星系距離的繼續(xù)增大,暗能量的斥力超過了引力。隨著距離的繼續(xù)增大,引力效應(yīng)繼續(xù)下降,暗能量的斥力效應(yīng)逐漸增大,最終,暗能量的斥力增大到接近最大水平,此時引力幾乎接近于零。此后,斥力基本不再隨著距離增大而增大了,維持穩(wěn)定的某個水平。
如果暗能量是恒定均勻分布的,且總量守恒,這意味著暗能量分布密度會隨著宇宙的膨脹而下降。比如,在宇宙半徑只是現(xiàn)在宇宙半徑一半的時候,暗能量密度是現(xiàn)在的八倍,斥力自然是現(xiàn)在的八倍。
大尺度宇宙在暗能量的作用下,只要是相距遙遠(yuǎn)的星系,都處于相互遠(yuǎn)離狀態(tài),并且是逐漸加速相互遠(yuǎn)離,無論是從何種角度看都是如此。因此,星系的相互遠(yuǎn)離,是沒有中心可言的。也就是說,從任意星系看,只要是距離這個星系較遠(yuǎn)的所有星系,都是逐漸加速遠(yuǎn)離的,并且是相距越遠(yuǎn),遠(yuǎn)離的速度越大。沒有中心可言。但是對于近距離的星系或星系團(tuán),或歸屬于自己星系團(tuán)的星系或星系團(tuán),是逐漸靠近的,匯集的,趨于集中化的。這適合于所有星系,所有星系的近距離星系都是趨向靠近的。即小尺度下,星系是靠近的,大尺度下,星系是趨向遠(yuǎn)離的。不過,這并不矛盾。只要是近距離的星系,都是具有靠近趨勢的,這毫無疑問。道理很簡單,既然是近距離星系,必然歸屬于同一個星系團(tuán)或同一個大型星系團(tuán),本身就是一個相互靠近的星系體系。
相鄰星系或星系團(tuán)不一定是近距離星系或星系團(tuán),也許中間隔著直徑幾億光年的質(zhì)量空洞。這些隔著空洞的星系或星系團(tuán)雖然相鄰,但是相距遙遠(yuǎn),趨向于匯集的可能性不大,大概率的會趨向分離。因此,宇宙在暗能量的作用下,大尺度區(qū)域的星系或星系團(tuán)趨于遠(yuǎn)離或加速遠(yuǎn)離,小尺度區(qū)域內(nèi)的星系或星系團(tuán)趨于靠近。按照這個趨勢,小尺度區(qū)域的物質(zhì)分布會越來越集中,物質(zhì)密度趨于增大,宇宙大尺度物質(zhì)密度趨于減小,物質(zhì)分布越來越稀疏。物質(zhì)趨于集中或分散在不同尺度同時進(jìn)行著,這就是暗能量設(shè)想模式下的宇宙。
這個模式的暗能量的設(shè)想,在太陽系內(nèi),由于暗能量非常弱小,幾乎沒有影響,不需要考慮暗能量因素。在銀河系或星系團(tuán)尺度,暗能量雖然遠(yuǎn)沒有引力作用大,但應(yīng)該會表現(xiàn)一些作用的,不過,此時可以通過設(shè)想的暗物質(zhì)分布數(shù)量來彌補(bǔ)其影響。
著名的哈伯定律早已經(jīng)指出,距離我們越遠(yuǎn)的星系遠(yuǎn)離我們的速度越快,這為宇宙大爆炸理論提供了靈感和證據(jù)。只是當(dāng)時的以及后來的科學(xué)家通過球形的宇宙大爆炸模型認(rèn)為應(yīng)該是距離銀河系越遠(yuǎn)的星系遠(yuǎn)離銀河系的速度越快,是可以理解的。沒有多想。事實上人們總是傾向于美好的現(xiàn)實,不想打破已知的認(rèn)識。只是后來人們對不同位置的超新星光線的紅移情況,進(jìn)行了細(xì)致地研究以后,再次明確了哈伯定律,才進(jìn)行了深思,產(chǎn)生了暗能量的概念。
在宇宙形成初期,存在一種超光速膨脹現(xiàn)象,這個不知道是怎樣解釋的?,F(xiàn)在的宇宙膨脹屬于暗能量作用下的膨脹。
暗物質(zhì)和暗能量概念逐漸得到了越來越多的認(rèn)可,更多的科學(xué)家開始接受這兩個概念。量子力學(xué)和相對論似乎都沒有涉及這兩個概念。我們已經(jīng)知道的物理理論也難以理解暗物質(zhì)或暗能量。因此這被稱為21世紀(jì)物理學(xué)大廈上空的兩朵烏云,與20世紀(jì)初物理學(xué)大廈上空的兩朵烏云如此類似。相對論預(yù)言的引力波得到了直接證實,這進(jìn)一步地體現(xiàn)了相對論的正確性,但是相對論與量子力學(xué)依然是不相容的,卻各自在自己的領(lǐng)域內(nèi)都是正確的,這是困擾物理學(xué)家近百年的問題。
看來,物理學(xué)實際上是面臨三大問題,暗物質(zhì)和暗能量以及量子力學(xué)與相對論的融洽。估計物理學(xué)的大發(fā)展可以一并解決這三個問題,看起來很復(fù)雜的問題,也許真的不算復(fù)雜。待到理論獲得創(chuàng)新以后,我們也許會恍然大悟,哦,原來如此!
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6.2空間膨脹的原因是什么
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宇宙空間膨脹現(xiàn)象就是宇宙大爆炸以超光速膨脹,而最高速度是光速,超光速確實令人費解,自然是不可能的,人們只能通過讓空間膨脹的設(shè)想來解決宇宙的超光速膨脹問題。
人們對宇宙初期空間膨脹的解釋,不知道是如何解釋的。對宇宙中后期的空間膨脹解釋是暗能量的存在,是暗能量的負(fù)壓強(qiáng)所致。其實宇宙前期的空間膨脹是不存在的,完全是一種感覺,自然就不存在所謂的空間膨脹原因了。
根據(jù)廣義相對論的時空原理,時空來源于物質(zhì),什么樣的物質(zhì)分布決定什么樣的時空狀況。物質(zhì)分布決定引力場狀況,引力場狀況決定時空狀況。引力場強(qiáng)度弱的地方,時空稀疏,引力場強(qiáng)度大的地方,時空稠密。光線在不同引力場運行的速度是不一樣的,引力場強(qiáng)度越大,光線運行的速度就越慢。
宇宙大爆炸階段,宇宙物質(zhì)被稀釋著,引力場強(qiáng)度逐漸降低著,光子運行速度隨著引力場強(qiáng)度的減弱而增大。我們銀河系應(yīng)該并不是宇宙的邊緣,現(xiàn)在也許并不是宇宙大爆炸階段,或許已經(jīng)進(jìn)入宇宙大收縮階段,只是我們還沒有感覺到而已。以地球表面現(xiàn)在的時空尺度,也就是以地球表面現(xiàn)在的光速為基礎(chǔ)衡量宇宙時空,我們感覺宇宙存在空間膨脹現(xiàn)象。比如,在星系群與星系群之間的廣袤空隙之處,那里的引力場強(qiáng)度會小一些,光子在那里的運行速度會快一些,也就是我們感覺那里空間膨脹了。
根據(jù)宇宙大爆炸理論,宇宙應(yīng)該存在自己的中心區(qū)域,我們地球應(yīng)該不會那么巧合,處于宇宙中心區(qū)域,也不會那么巧合處于宇宙邊緣區(qū)域。以我們地球距離宇宙中心為半徑,這個區(qū)域之外的區(qū)域,引力場強(qiáng)度應(yīng)該會偏小一些,光速應(yīng)該會偏大一些。以我們地球表面的時空度量,我們自然會感覺這個區(qū)域的空間是膨脹的。
在宇宙中某些區(qū)域,比如黑洞周圍區(qū)域,這里的時空更稠密,光子運行速度會較慢,以這里的時空標(biāo)準(zhǔn)度量整個宇宙,會感覺到宇宙時空膨脹得更厲害。
而在星系群間隙的物質(zhì)空虛之地,光子運行的速度較快,以這里的時空標(biāo)準(zhǔn)度量宇宙,應(yīng)該會得出宇宙空間收縮的結(jié)論。時空膨脹是由于光子在不同空間的速度差異所帶來的一種感覺,同理,光子在不同空間的速度差異還會帶來時空收縮的感覺??傊瑫r空膨脹或時空收縮是一種感覺,而不是一種物理機(jī)制。
其實空間膨脹帶來的速度感覺效應(yīng),以及對光線頻率的影響,不應(yīng)該用多普勒效應(yīng)解釋,而應(yīng)該用引力效應(yīng)來解釋??臻g膨脹帶來物質(zhì)密度下降,進(jìn)而產(chǎn)生引力紅移效應(yīng)。
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6.3空間膨脹的本質(zhì)是什么
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許多人根據(jù)一些道理或理論推測宇宙大爆炸后的宇宙膨脹速度超過光速,這就是空間的膨脹所致。如果宇宙物質(zhì)向四周擴(kuò)散的速度不超過光速,近140億年的宇宙,半徑自然是不會大于140億光年,而一些人認(rèn)為或推測我們的可見宇宙半徑可達(dá)幾百億光年,直徑900多億光年。當(dāng)然,這只是可見宇宙的大小,在可見宇宙外面也許還有更大的空間或更多的物質(zhì)屬于我們這個宇宙,只是距離我們銀河系太遠(yuǎn),可見宇宙之外的物質(zhì)無法影響到我們,我們也觀測不到??傊?,我們的宇宙如此之大,而我們宇宙誕生的時間似乎爭議不大,這只能顯示我們的宇宙空間膨脹了,是空間膨脹,與物質(zhì)擴(kuò)散帶來的膨脹不是一回事?,F(xiàn)在我們繼續(xù)探討,宇宙空間膨脹的原因或本質(zhì)是什么?
我不知道別人是怎樣解釋初期宇宙的空間膨脹的,但我們根據(jù)相對論原理應(yīng)該是可以解釋或理解空間膨脹的。根據(jù)廣義相對論,我們只說空間是不恰當(dāng)?shù)?,?yīng)該是時空,也就是時間和空間的融合。時空來源于物質(zhì),物質(zhì)產(chǎn)生了時空。我們的時空密度與物質(zhì)密度具有一致性,局部地區(qū)的時空密度取決于局部地區(qū)的物質(zhì)密度,極為致密的物質(zhì)密度對應(yīng)著也許是同樣致密的時空密度。時空密度決定時間的運行速度,在致密的時空區(qū)域,時間運行極為緩慢。時空密度決定空間密度,比如決定空間的長度或空間單元的體積,在致密的時空區(qū)域,空間單元的體積極小,空間單位長度也極小,比如,同樣的一千米,在致密空間其長度是極小的。
以任意某一時空的時間為參照,單位時間內(nèi),光子可以跨越N個時空單元。不同時空的時間根源于光速的穩(wěn)定性,這個光速的穩(wěn)定性是指單位時間內(nèi),光子穿越的時空單元數(shù)量的穩(wěn)定性。由于不同時空的時空單元密度不一樣,這帶來了不同時空時間運行速度的差異。時空單元致密(時空致密)空間的時間運行速度很慢,時空單元稀疏空間的時間運行速度快。
由于光速穩(wěn)定地對應(yīng)著時空單元,單位時間內(nèi)光子要運行固定的時空單元,時空單元稀疏的地方,單位時間內(nèi)光子運行的距離就長一些,時空單元稠密的地方,單位時間內(nèi)光子運行的距離就短一些。在時空單元稠密的地方,光子運行同樣的距離,所穿越的時空單元就多,需要的時間就長,給我們的感覺就是這里的時間運行較慢。在時空單元稀疏的地方,光子運行同樣的距離,所穿越的時空單元就較少,需要的時間就短,給我們的感覺就是這里的時間運行較快。
宇宙大爆炸就是宇宙物質(zhì)稀釋的過程,就是時空單元稀釋的過程,也就是所謂的空間膨脹過程。按照筆者暫時的理解,應(yīng)該是這樣的;處于宇宙空間單元稀疏的區(qū)域,由于自己客觀具備的單位長度是較長的,也就是用自己刻度單位較長的尺子測量這個宇宙,應(yīng)該會感覺到空間是收縮的,而不是膨脹的,處于宇宙時空單元相對稠密的區(qū)域,才會感覺到宇宙空間是膨脹的。
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6.4星系紅移也許主要是引力紅移效應(yīng)
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?距離我們越遠(yuǎn)的星系,其來到地球的光線紅移量就越明顯,用光線的多普勒效應(yīng)公式,可以計算出其運動速度,自然是紅移越明顯,用多普勒效應(yīng)公式計算出的星系運動速度就越大。即距離銀河系越遠(yuǎn),星系遠(yuǎn)離我們的速度就越快。
問題是,如果遠(yuǎn)離我們的星系的紅移不是由于運動速度所致,而是由于引力紅移效應(yīng)所致,結(jié)果會如何呢?結(jié)果,我們應(yīng)該會得出另一個結(jié)論。
我們知道,遠(yuǎn)離我們的星系發(fā)出的光線來到地球,需要幾千萬光年,幾億光年,甚至幾十億光年或上百億光年。什么意思呢?就是這些光線基本是幾千萬年前、幾億年前、幾十億年前或上百億年前發(fā)出的光線。
如果我們的宇宙是逐漸膨脹的,或膨脹速度在引力作用下逐漸減小。如果我們的宇宙到現(xiàn)在還處于緩慢膨脹狀態(tài),那么,幾千萬年前、幾億年前、幾十億年前或上百億年前的宇宙膨脹速度會更快。這意味著我們的宇宙是物質(zhì)逐漸被稀釋的宇宙,即引力場強(qiáng)度逐漸減小的宇宙。
我們還知道,光線從質(zhì)量稠密區(qū)域,進(jìn)入質(zhì)量稀疏區(qū)域,會產(chǎn)生引力紅移現(xiàn)象。或者說,宇宙的膨脹帶來的物質(zhì)稀疏現(xiàn)象,會導(dǎo)致宇宙里面?zhèn)鞑サ墓饩€出現(xiàn)引力紅移現(xiàn)象。并且,光線引力紅移程度與物質(zhì)逐漸稀疏程度有關(guān)。
宇宙膨脹意味著宇宙密度減小,等效于宇宙物質(zhì)離開光線,或光線離開物質(zhì)。光線離開物質(zhì),光線需要克服物質(zhì)的引力作用,失去一部分能量,即頻率降低一些,這就是光線的引力紅移。反之,會產(chǎn)生光線的引力藍(lán)移,即光線頻率增加。
幾千萬年前發(fā)出光線,來到我們地球,這幾千萬年內(nèi),宇宙物質(zhì)稀釋了一點,光線出現(xiàn)引力紅移是應(yīng)該的,正常的。幾億年前發(fā)出的光線,那時的宇宙自然是會更小一些,物質(zhì)密度更大一些,現(xiàn)在,宇宙物質(zhì)被稀釋的程度就較大了,引力紅移現(xiàn)象就較為明顯了。幾十億年前,甚至上百億年前,那時的宇宙要明顯比現(xiàn)在的宇宙小,物質(zhì)密度遠(yuǎn)比現(xiàn)在大,那時的光線運行到現(xiàn)在,引力紅移效果尤為明顯。
在宇宙大爆炸初期,宇宙物質(zhì)密度很大,引力作用很大,此時宇宙膨脹一點,引力強(qiáng)度的下降量較大,意味著強(qiáng)烈的引力紅移效應(yīng)。此后,宇宙膨脹帶來的引力紅移效應(yīng)會逐漸減弱。因此,光線的引力紅移現(xiàn)象,并不是隨著時間的古老而均勻增加的,而是與時間成強(qiáng)烈的正向關(guān)系,比如也許與時間的平方成正向關(guān)系,甚至更強(qiáng)烈的正向關(guān)系。即距離我們越遠(yuǎn)的天體,其引力紅移就相對特別明顯或特別強(qiáng)烈。
比如,100億年前發(fā)出的光線,在宇宙中前進(jìn)。如果其經(jīng)過的區(qū)域的物質(zhì)密度不變,這個光線的頻率就不會變化。如果經(jīng)過的區(qū)域物質(zhì)密度下降,光線的頻率就會降低。反之,光線頻率就會上升。100億年來,宇宙已經(jīng)膨脹許多,物質(zhì)密度下降很多,100億年前發(fā)出的光線,頻率自然會下降不少。
可見,我們確實不能武斷地認(rèn)為,遠(yuǎn)離我們的星系的光線的紅移就是由于多普勒效應(yīng)所致。我們應(yīng)該嘗試一下,遠(yuǎn)離我們的星系發(fā)出的光線的紅移有可能是由于引力紅移現(xiàn)象所致。如果我們換一種思路,我們也許會豁然開朗,讓我們困惑的暗能量不需要了。這么好的事情,我們確實應(yīng)該嘗試一下。
在本書的前面內(nèi)容中,曾經(jīng)大致提到過科學(xué)家對宇宙微波背景輻射的各向異性的研究數(shù)據(jù),即穿越物質(zhì)空洞的宇宙微波背景輻射的頻率偏低一些,這顯示物質(zhì)密度對電磁波的影響。因此,宇宙的膨脹,會對電磁波產(chǎn)生明顯的頻率影響。有興趣的話,我們可以認(rèn)真探討一下。
暗能量概念并不是一無是處,確實可以解釋距離我們遙遠(yuǎn)的星系在加速遠(yuǎn)離我們這種現(xiàn)象。實際上,光線的多普勒紅移是相對的,越遙遠(yuǎn)的星系的多普勒效應(yīng)就越明顯,這顯示我們之間的相對速度就越大。不過,這并不是說,距離我們遙遠(yuǎn)的星系在高速運動,也許是我們的星系在高速遠(yuǎn)離距離遙遠(yuǎn)的星系,也就是說,是我們的星系或星系團(tuán)在高速運動。這是運動的相對性,因此,根據(jù)多普勒效應(yīng)的光線紅移確實不好判斷究竟是誰在運動,只是能判斷二者在相互遠(yuǎn)離。因此,用暗能量這種負(fù)壓的神秘東西解釋星系之間相互遠(yuǎn)離,就比較方便了,把問題簡單化了,成為部分科學(xué)家的最愛。究竟是否符合宇宙的實際情況,這就不好說了。
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6.5引力紅移公式
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可能是科學(xué)家通過廣義相對論的時空彎曲推導(dǎo)出的引力紅移公式

Δv為光子頻率變化量,V0為光子的初始頻率。G為萬有引力常數(shù),M為天體的質(zhì)量,R為天體的尺度半徑。
光子具有能量E=hV,h是普朗克常數(shù),V是光子頻率。根據(jù)質(zhì)能公式E=mc2,得到光子質(zhì)量為m=E/c2=hV/c2,c為光速。根據(jù)引力勢能公式Ep=-GMm/R,可以知道質(zhì)量為m的光子從某個天體逃逸到無限遠(yuǎn)處,引力勢能的變化Ep=-GMm/R,把m=E/c2=hV/c2代入引力勢能公式,得到Ep=-GMhv/Rc2,Ep就是這個光子的引力勢能改變量,或者說就是這個光子的能量改變量。根據(jù)公式E=hV,變形得到光子頻率V=E/h,h是常數(shù),可見光子頻率與能量成正比關(guān)系。
光子在引力場作用下的能量改變量就是光子頻率改變量,光子頻率改變量為vp,vp=Ep/h,初始頻率為V,V=E/h因此,vp/V=Ep/E,代入公式Ep=-GMhV/Rc2和E=hV,得到vp/V=Ep/E=-GM/Rc2,這與通過廣義相對論時空彎曲推得的引力紅移公式一樣。我們只是運用了狹義相對論的質(zhì)能公式和把光子看作是擁有一定質(zhì)量的物質(zhì)在引力場中的運動。這其實與機(jī)械能守恒原理是一樣的,沒有差異。我們得出這樣的結(jié)論;光子的引力勢能改變量與光子的質(zhì)能改變量是一樣的,與光子的頻率改變量也是一樣的?;蛘哒f,光子引力勢能的增加量或減少量等于光子質(zhì)量的減少量或增加量,也等于光子頻率的減少量或增加量。通俗地說,光子引力勢能增加多少,光子質(zhì)量就減少多少,或光子頻率就減少多少,反之亦然。
這樣的簡潔公式只適合弱引力場情況下的計算,原因很簡單,我們已經(jīng)非常明確地知道,光子在引力場中的位置變化,其質(zhì)量會跟著改變。而我們用的引力勢能公式Ep=-GMm/R,是通過萬有引力公式得到的,是假設(shè)光子質(zhì)量不變的情況下得到的公式。實際上光子的質(zhì)量是隨著位置改變而改變的,光子在引力場中所受到的引力自然會跟著改變,因此,引力勢能公式Ep=-GMm/R需要改變。
這就產(chǎn)生了微積開引力紅移公式

????對于弱引力紅移天體,如太陽引力紅移,光子質(zhì)量m只變小了萬分之幾,可近似把光子質(zhì)量m作常數(shù)處理來計算引力場對光子的作用力。但對于強(qiáng)引力紅移天體,如類星體、脈沖星、白矮星等,光子質(zhì)量m變小了5%以上,必須把光子質(zhì)量m作為變量,需要用微積開引力紅移公式。科學(xué)家用類星體SDSS、DR7數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析,支持了微積開引力紅移公式。?
微積開引力紅移公式只是把光子質(zhì)量作為變量進(jìn)行了計算,原理與上面的把光子質(zhì)量作為常數(shù)的引力紅移公式?jīng)]有什么差異,都體現(xiàn)了光子引力勢能的變化量與光子質(zhì)量或頻率的改變量的對應(yīng)關(guān)系。這不僅可以作為光子的紅移公式,也可以作為光子的藍(lán)移公式。我們完全可以進(jìn)行逆向想象推理,比如,一個頻率為v的光子從某星球A地向外逃逸到B地,光子頻率減少到二分之一v,也就是光子的質(zhì)量減少了一半。這個已經(jīng)是頻率二分之一v的光子如果可以從B地回到A地,除了光子運動方向發(fā)生改變以外,其他的比如光子頻率會重新回歸到v,這完全可以類似于機(jī)械能守恒原理。
適用于強(qiáng)引力場的微積開引力紅移公式,似乎從來沒有考慮廣義相對論的強(qiáng)引力場下的時間運行速度變緩的理論。比如,科學(xué)家在研究遠(yuǎn)離地球的星系或類星體的紅移的時候,需要考慮狹義相對論的接近光速情況下的時間運行速度變緩的理論。但是,在強(qiáng)引力場下,卻似乎沒有考慮廣義相對論的這個理論。如果真的沒有考慮(根據(jù)筆者對微積開引力紅移公式的理解,應(yīng)該就是沒有考慮),并且微積開引力紅移公式與觀測數(shù)據(jù)很符合的話,這其實可以證實,引力紅移并不是由于引力場導(dǎo)致的時間變慢,而輸出了頻率降低的光線。引力紅移現(xiàn)象與引力場時間變慢沒有任何關(guān)系,引力紅移現(xiàn)象完全是引力勢能的改變所致。
一些在網(wǎng)絡(luò)上可以看到的解釋,比如百度上的解釋,就是把引力紅移的產(chǎn)生歸入引力場時間變慢所致,看來這是完全錯誤的,應(yīng)該是誤解。微積開引力紅移公式清晰地顯示了這種看法的錯誤。弱引力場下的引力紅移現(xiàn)象,用引力場時間變慢似乎還可以解釋光線紅移現(xiàn)象,但這依然是錯誤的,只是歪打正著而已。因為引力紅移程度與引力延遲效應(yīng)都是與質(zhì)量成正比的,這是解釋引力紅移時容易誤解的根源。
我們根據(jù)這個引力紅移公式vp/V=Ep/E=-GM/Rc2,感受一下引力紅移現(xiàn)象。這個引力紅移公式是從某個天體出來的光線的頻率變化量與光線頻率的比值。如果變形一下公式,把vp/V=Ep/E=-GM/Rc2變形為vp=-GMV/Rc2??梢钥吹?,光子頻率的改變量與光子初始頻率V成正比,與需要逃逸的天體質(zhì)量M成正比,與距離天體的半徑R成反比。
繼續(xù)感受公式vp/V=Ep/E=-GM/Rc2,在光線紅移時,我們認(rèn)為光線的最大改變量,要比光線本身的初始頻率小,或極限情況下,等于本身的頻率。當(dāng)光線頻率改變量等于光線初始頻率時,紅移公式vp/V=Ep/E=1=-GM/Rc2,這顯示M/R=-c2/G,此時M/R是恒值常數(shù),且M與R成正比關(guān)系,R其實就是史瓦西半徑。在史瓦西半徑內(nèi),就無法使用這些公式了。如果不考慮光子質(zhì)量在引力作用下的變化,光子從史瓦西半徑區(qū)域外圍出發(fā),來到無限遠(yuǎn)的地方,光子頻率確實可以下降到無限接近于零。實際上,由于光子質(zhì)量會隨著頻率下降而下降,光子從史瓦西半徑區(qū)域外圍出發(fā),來到無限遠(yuǎn)的地方,光子頻率并不會下降到接近于零。誰有興趣的話,可以用微積開引力紅移公式算一下。
宇宙大爆炸的物質(zhì)趨向稀疏化,對光線頻率的影響是很明顯的,具體怎樣得出這個情況下的光線引力紅移公式,應(yīng)該比較麻煩。誰善于搞這個,可以自己弄出來。我暫時還沒有搞出來。但我們必須清楚,宇宙大爆炸初期的物質(zhì)密度很大,其膨脹時的光線引力紅移效果最強(qiáng)。隨著宇宙大爆炸的繼續(xù),物質(zhì)分布逐漸稀疏,繼續(xù)膨脹的宇宙對光線的引力紅移效果逐漸降低。也就是其對光線的紅移效果是飛速下降的,現(xiàn)在的宇宙,物質(zhì)密度已經(jīng)很稀疏了,如果宇宙還在繼續(xù)膨脹,對光線的紅移影響已經(jīng)很小了。因此,宇宙大爆炸對光線的引力紅移影響,主要發(fā)生在宇宙大爆炸的初期。即宇宙微波背景輻射的引力紅移量主要由這個時期的宇宙膨脹產(chǎn)生。
宇宙微波背景輻射的紅移量是極大的,現(xiàn)在所剩余的2.7K的溫度頻率,只是最初頻率的百億分之一或千億分之一。這些紅移量幾乎絕大部分發(fā)生在宇宙大爆炸初期。
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6.6宇宙真的在加速膨脹嗎?
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哈伯定律早已指出,距離我們越遠(yuǎn)的星系遠(yuǎn)離我們的速度就越快,即遠(yuǎn)離我們的速度與遠(yuǎn)離我們的距離成正比。人們經(jīng)過計算觀測,已經(jīng)得到了比較精確的哈伯系數(shù)。大致相當(dāng)于每350萬光年的距離71千米的速度變化,即遠(yuǎn)離我們的距離每增加350萬光年,其遠(yuǎn)離我們銀河系(地球)的速度可以增加約71千米。
1998年代科學(xué)家對la型超新星的研究得到了大量的或系統(tǒng)的更為準(zhǔn)確的星系空間距離,發(fā)現(xiàn)遙遠(yuǎn)星系距離我們太陽系的距離普遍比之前通過其他方法得到的距離大。三組科學(xué)家得到了同樣結(jié)論,數(shù)據(jù)翔實,說服力很強(qiáng)。按照正常情況,之前的觀測數(shù)據(jù)也許不太準(zhǔn)確,新的數(shù)據(jù)會糾正之前的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的偏差是隨機(jī)性的,會有偏高的,也有偏低的。而科學(xué)家此次的觀測數(shù)據(jù)顯示之前的數(shù)據(jù)都是偏向同一個方向,這就值得深思了。
按照當(dāng)時科學(xué)家的設(shè)想,宇宙大爆炸之后,隨著萬有引力的作用,星系膨脹的速度會逐漸減小。如果能體現(xiàn)在觀測的數(shù)據(jù)中,應(yīng)該會得到之前的數(shù)據(jù)普遍偏高的趨勢。比如會得到新觀測的星系距離數(shù)據(jù)普遍小于之前得到的星系距離數(shù)據(jù)。這是自然而然的預(yù)期,但是,實際情況卻不是這樣的,而是普遍的相反的情況??茖W(xué)家只能硬著頭皮得出遙遠(yuǎn)星系在加速遠(yuǎn)離我們銀河系。這種結(jié)論震撼是巨大的,為了解釋這種觀測數(shù)據(jù),暗能量概念橫空出世。即暗能量概念是比較新鮮時髦的概念,才產(chǎn)生二十多年了,屬于高大上的科學(xué)前沿內(nèi)容。瑞典諾貝爾委員會似乎很想跟隨這次很有可能正確的巨大科技前進(jìn)事件,因此,在2011年把諾貝爾物理學(xué)獎給了1990年代后期研究超新星的三位帶頭科學(xué)家。
我對暗能量沒有什么研究,我實在懷疑科學(xué)家能觀測到遙遠(yuǎn)星系相差幾十年時間而產(chǎn)生的距離差異。也就是說,我們真的有能力現(xiàn)在通過la型超新星的研究得出的遙遠(yuǎn)星系距離,對比20年前對la型超新星的研究得到的數(shù)據(jù),兩者會有差異嗎?我們真的能感受到差異嗎?畢竟根據(jù)哈勃定律,350萬年時間,星系速度才相差71千米,幾十年時間,星系速度會相差極其微小,我們根本觀測不到這種差異的。因此,我估計,我前面理解錯了。大概率的是科學(xué)家通過對la型超新星的研究得出了更為準(zhǔn)確的遙遠(yuǎn)星系距離數(shù)據(jù),以及遙遠(yuǎn)星系遠(yuǎn)離我們銀河系的速度。應(yīng)該是得出了類似哈勃定律的結(jié)論,這是從不同渠道得到的哈勃定律結(jié)論,進(jìn)而得出了星系加速遠(yuǎn)離我們銀河系的結(jié)論?
現(xiàn)在的問題是,真的是這樣的嗎?遠(yuǎn)離我們的星系,距離我們越遠(yuǎn),遠(yuǎn)離我們的速度就越大,是否就能得到現(xiàn)在的宇宙星系在加速遠(yuǎn)離我們或宇宙在加速膨脹,這樣的結(jié)論!大家認(rèn)真想一想,是否真的能得出這樣的結(jié)論。
我們現(xiàn)在得到的遠(yuǎn)離我們的星系或超新星的光線(電磁波)是這些星系或超新星之前輻射的電磁波,不是現(xiàn)在輻射的電磁波。這些星系現(xiàn)在輻射的電磁波還在路上傳播著,我們未來才能接收到,這個未來也許是幾萬年,也許是幾億年或幾十億年甚至上百億年。到這里,大家能想到什么呢?
比如,我們現(xiàn)在接收到的來自100億光年之外的星系的光線,通過分析,知道這些光線產(chǎn)生了很大的紅移。假如,通過紅移程度(扣除引力紅移因素),得到了這些光線來自速度為二分之一光速的星系的結(jié)論。這個速度確實可以很壯觀,但是,我們必須明確,這個速度是這個星系100億年以前的運動速度,而不是這個星系現(xiàn)在的運動速度。100億年之前,宇宙大爆炸才過了三四十億年,那時的星系膨脹速度當(dāng)然應(yīng)該比較大,那時星系輻射的光線紅移程度自然應(yīng)該比較大。我們現(xiàn)在得到的這些來自那時的光線,紅移程度較大是很正常的,應(yīng)該的。如果不是這樣的,就不正常了。
再比如,我們現(xiàn)在接收到來自50億光年之外的星系光線,也就是接收到了來自50億年前的星系光線,那時距離宇宙大爆炸80多億年,星系在引力作用下,膨脹速度逐漸下降,此時的星系速度比100億年的星系膨脹速度慢,也是順理成章的,必然的。
同理,接收到距離我們10億光年的星系,星系膨脹速度相對距離50億光年的星系小一些,是多么正常的現(xiàn)象??!其光線紅移較小是完全應(yīng)該的、必然的。
結(jié)果是,我們接收到的光線,其發(fā)出的時間越早,光線紅移量越大,星系較晚輻射出來的光線,紅移量越小,這是天經(jīng)地義的,很正常的現(xiàn)象。無法得出現(xiàn)在的宇宙星系在加速膨脹的結(jié)論。也許那些我們現(xiàn)在得到的來自100億光年遠(yuǎn)的光線,輻射這些紅移量很大的光線的星系,也許在現(xiàn)在這個時刻,這些星系在靠近我們銀河系。只是這些星系發(fā)出的光線信息,這些沒有紅移的光線,近百億年后才能來到銀河系。
我們的結(jié)論是,哈勃定律和1998年發(fā)表的觀測la型超新星的成果,都只是顯示了宇宙大爆炸,并且是膨脹速度在引力作用下逐漸減小的宇宙大爆炸。
350萬光年的距離差異,帶來71千米每秒的紅移速度差異。3500萬光年就是710千米每秒的速度差異,3.5億光年就是7100千米每秒的速度差異。35億光年是7.1萬千米的差異,70億光年就是14.2萬千米每秒的速度差異,105億光年就是21.3萬千米每秒的差異,三分之二的光速啊。接近光速只需要距離我們140億光年,速度可以達(dá)到28.4萬千米每秒。
可見,宇宙大爆炸也就是大致在140多億年前產(chǎn)生,宇宙大爆炸理論符合這種速度變化規(guī)律。宇宙大爆炸時間(比如138億年前產(chǎn)生宇宙大爆炸)推測應(yīng)該不是通過這個模式得到的,不過,這也進(jìn)一步印證了宇宙大爆炸理論的正確性。
這個情況應(yīng)該會大概率的符合宇宙實際歷程,實際上,引力紅移效應(yīng)也是必須要考慮的,引力紅移效應(yīng)究竟有多大,占比光線紅移的比例如何,有待分析。
我們先解決一個小疑惑。如果遠(yuǎn)離我們的星系的光線紅移是由于這些星系歷史上高速運動所致,我們現(xiàn)在觀測到的是歷史上的光線紅移情況。那么,按照正常邏輯,似乎應(yīng)該會有紅移的光線,也會有同樣藍(lán)移的光線,并且二者大致比例相當(dāng),紅移或藍(lán)移程度相當(dāng)。畢竟,高速運動的天體發(fā)出的光線,在運動方向上是藍(lán)移,相反方向是紅移。但是,我們的觀測結(jié)果并不是這樣的,原因是什么呢?
原因應(yīng)該是,如果我們地球在星系光線的藍(lán)移方向上,這意味著我們地球在星系移動的方向上。地球與這個發(fā)出藍(lán)移光線的星系會逐漸快速拉近距離,地球與這個星系的距離就會越來越小,地球現(xiàn)在所能接收到的這個星系的光線也就不會那么久遠(yuǎn)了。地球現(xiàn)在只能接收這個星系較近時期的光線。較遠(yuǎn)時期的光線,歷史上的地球已經(jīng)接收過了。只有紅移星系的光線,地球才可以接收到比較久遠(yuǎn)的光線。這個解釋可以蒙混過關(guān)嗎?親愛的讀者們!
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6.7萬有引力現(xiàn)象也許根源于萬有斥力
任何物質(zhì)之間都有引力作用,引力大小與質(zhì)量成正比,與二者之間距離大小的平方成反比,這就是萬有引力定律。
我們可以認(rèn)為物質(zhì)之間可以相互發(fā)出引力線,引力線也是質(zhì)量存在的一種形式,引力場或引力線也有質(zhì)量。引力場有一定強(qiáng)度,強(qiáng)度有大小之分,我們似乎可以計算引力場的質(zhì)量大小?;究梢赃@樣認(rèn)為,空間引力場質(zhì)量的大小,在引力場強(qiáng)度一定時,與空間體積的大小成正比,與引力場的強(qiáng)度成正比,應(yīng)該是這樣吧?是不是這樣無所謂,不涉及這個問題。暫時只研究空間引力場質(zhì)量的大小,在引力場強(qiáng)度一定時,與空間體積的大小成正比。
一定質(zhì)量的物質(zhì)發(fā)出的引力線或引力場的狀況如何呢?是不是引力線或引力場,從這個物質(zhì)出發(fā)而終止于其他所有物質(zhì)?;蛘哒f引力線或引力場從這個物質(zhì)出發(fā)而不考慮其他的任何物質(zhì),只是向前發(fā)出,永無止境呢?這是兩種不同的情況。
如果是永無止境地向前運動,只是碰到物質(zhì)時,便有作用力,即引力。如果是這樣的萬有引力效果,與我們現(xiàn)在所感覺得一樣,沒有什么差別,與引力線或引力場從物質(zhì)出發(fā),而終止于其他所有物質(zhì)的萬有引力效果是一樣的。
假設(shè)一千克的物質(zhì),向外發(fā)出的引力線或引力場,在不考慮其他物質(zhì)的情況下,是永無止境的。發(fā)出的引力線或引力場是球形的,根據(jù)萬有引力定律公式,遵循高斯定理,與電場的高斯定理類似。包圍這個物質(zhì)任意封閉曲面的引力線或引力場的通量相等,即這個物質(zhì)發(fā)出的引力場或引力線具有的質(zhì)量,質(zhì)量大小與半徑成正比。如果引力線或引力場能至無窮遠(yuǎn),這一千克物質(zhì),所發(fā)出引力線或引力場的質(zhì)量就是無窮大,按我們所具有的知識或道理,應(yīng)該不能這樣。
任意一點質(zhì)量發(fā)出的引力線或引力場,所擁有的質(zhì)量都可以達(dá)到無窮大,這不能被接受。即使引力線或引力場沒有達(dá)到無窮遠(yuǎn),所計算出的引力線或引力場的質(zhì)量也是很大的??磥磉@個模式不妥,可以被拋棄了。就只剩下另一種可能了;引力線或引力場從任意物質(zhì)出發(fā),而終止于其他所有物質(zhì)。這樣,引力線或引力場所發(fā)出的距離長度就有限了,引力線或引力場,所擁有的質(zhì)量就可以有限了,也許萬有引力就是這樣的吧!
引力線或引力場究竟是怎么回事呢?有人說,引力線或引力場其實就是引力子,物質(zhì)之間的引力作用其實就是物質(zhì)之間相互發(fā)出的引力子的相互作用。引力子是以光速運動的最小物質(zhì)顆粒。這個最小的物質(zhì)顆粒是萬有引力的媒介粒子,其本身不受引力作用,這也是黑洞可以發(fā)出引力子的原因。
我們上面設(shè)想論證了這些物質(zhì)發(fā)出的引力子是物質(zhì)到物質(zhì)的,不是亂發(fā)或隨意發(fā)出的,所有的物質(zhì)都向所有的物質(zhì)發(fā)出引力子,其實就是任何物質(zhì)之間都有聯(lián)系。(引力子也是物質(zhì),物質(zhì)之間的聯(lián)系是通過引力子而實現(xiàn)的。引力子不能再發(fā)射引力子,引力子不能與其他物質(zhì)聯(lián)系,也不能與引力子聯(lián)系,因此,引力子可以除外。)
可以發(fā)出引力子的物質(zhì)與其他所有的可以發(fā)出引力子的物質(zhì),都可以相互交換引力子。大概是定時交換或平均定時交換,有點像放射性元素的衰變,是恒定的、概率的。物質(zhì)的引力子相互交換的概率或頻率恒定,與物質(zhì)的運動狀況無關(guān),也不與任意兩個可以發(fā)出引力子的物質(zhì)之間的距離有關(guān)。不論任意可以發(fā)出引力子的物質(zhì)之間的距離狀況如何,它們都會有相同的概率,相互發(fā)出各自的引力子。換一種說法就是任意恒定的物質(zhì)在單位時間內(nèi),所發(fā)出引力子數(shù)量的概率是相同的。一塊任意恒定的物質(zhì),不論這塊物質(zhì)在哪里,單位時間內(nèi)所發(fā)出的引力子的概率恒定。
任意可以發(fā)出引力子的物質(zhì),接受的引力子,與自己發(fā)出引力子的數(shù)量,在概率上相等。如果引力子是光速前進(jìn),那么物質(zhì)之間相互發(fā)出的引力子就需要一段時間達(dá)到對方,這些物質(zhì)之間引力子相互作用需要很長時間。這并不是說,物質(zhì)之間的引力作用需要很長時間才能有作用,物質(zhì)之間時刻都有相互作用力。原因是,所有物質(zhì)來自同一個地方(宇宙大爆炸起點),在同一個地方的時候,物質(zhì)之間就有作用力了,從物質(zhì)相互分開到現(xiàn)在,物質(zhì)各自的絕對速度都沒有達(dá)到過光速。因此,在物質(zhì)之間的連線上,物質(zhì)相互發(fā)出的引力子從來沒有中斷過。物質(zhì)發(fā)出的引力子,分布在物質(zhì)的連線上,雖然并不一定是均勻地分布引力子,估計,引力子分布密度與物質(zhì)的相對速度有關(guān)。
物質(zhì)得到引力子,便會得到引力子所具有的動量及質(zhì)量,物質(zhì)發(fā)出引力子,便會損失引力子所具有的動量或質(zhì)量,物質(zhì)處于這種相互作用之中。如果從整個宇宙看,情況就復(fù)雜多了。在宇宙的邊緣地帶,也有大量物質(zhì)。宇宙邊緣地帶的物質(zhì)與其他地方的物質(zhì)一樣,擁有相同數(shù)量的引力線或引力場,也與所有的物質(zhì)有作用力。宇宙邊緣地帶的物質(zhì)發(fā)出引力線的方向都指向宇宙內(nèi)部,宇宙中心的物質(zhì)的引力線,指向四面八方。
宇宙邊緣地帶與宇宙中心物質(zhì),所受到的引力子的作用效果不一樣。在宇宙邊緣的物質(zhì),所接受引力子的方向指向宇宙外面,當(dāng)然也接受了這些引力子的動量或質(zhì)量,因此獲得了向宇宙外面運動的速度。而宇宙邊緣的這些物質(zhì)本身發(fā)出的引力子,都是指向宇宙內(nèi)部。從而使宇宙邊緣的這些物質(zhì)損失了,向宇宙內(nèi)部方向運動的速度因子,向宇宙外部方向的運動速度因子會顯露出來。
這些從宇宙邊緣向宇宙內(nèi)部發(fā)出引力子的效果,使這些宇宙邊緣物質(zhì)擁有了向外運動的速度。這些宇宙邊緣物質(zhì)得到的引力子,使它們獲得了向外運動的速度。而自己發(fā)出的引力子也使自己獲得了向外運動的速度。這兩者的效果都一樣,都是宇宙邊緣的物質(zhì)獲得向外運動的速度,宇宙邊緣的物質(zhì)向外運動的速度會逐漸積累,向外運動的速度會越來越大。這大概可以解決,離我們越遠(yuǎn)的天體,離開我們的速度越大的困惑。原因是離宇宙中心越遠(yuǎn)的物質(zhì),向宇宙外面運動的速度就越大。我們地球大概處在離宇宙中心較近的地方。這個假設(shè)的結(jié)果之一是,宇宙膨脹的速度會越來越快,我們的宇宙是一個加速膨脹的宇宙。
既然宇宙物質(zhì)是這樣的,相互發(fā)出引力子而相互作用。為什么我們感覺到的是萬有引力的作用效果呢?我們感覺的萬有引力的引力線,可以穿透任何物質(zhì),因為我們從來沒有考慮物質(zhì)阻擋的問題,也許應(yīng)該會有物質(zhì)阻擋現(xiàn)象吧!為什么會沒有呢?
如果物質(zhì)之間可以相互發(fā)出引力子,可以相互接收引力子,不分彼此,必然會有阻擋效應(yīng)。一個物質(zhì)發(fā)出的引力子從來沒有標(biāo)明這是某某的,在引力子行走的路上,碰到誰就給誰。這個得到引力子的物質(zhì),也許還會把得到的引力子拋棄,拋棄的引力子就是這個物質(zhì)所發(fā)出的引力子,或相當(dāng)于他發(fā)出的引力子。
不管是發(fā)出引力子,還是吸收引力子,所有物質(zhì)所遵循的規(guī)則都相同,不管是什么規(guī)則。
在宇宙中心物質(zhì)受力平衡或基本平衡。假設(shè)宇宙中心的某個中子,這個中子與宇宙所有可以發(fā)出引力子的物質(zhì)都有相互的引力子發(fā)射與吸收作用。由于處于宇宙中間,所平均發(fā)射與吸收的引力子數(shù)量基本相同,受力基本平衡。這個中子,會或上或下或左或右的擺動,位置是不穩(wěn)定的,或稱為波動。原因是它很難同時吸收,再同時發(fā)射一個引力子,即使同時吸收或發(fā)射引力子,引力子的方向也不相同。這個中子的位置或運動速度必然會有波動。這大概就是物質(zhì)有波動性的原因,物質(zhì)質(zhì)量越小波動幅度越大。
還是假設(shè)這個中子,它基本受力平衡,如果附近有另一個中子,它應(yīng)該也是受力平衡。兩個中子之間相互發(fā)射并相互吸收各自相互發(fā)射的引力子,效果是,等效于這兩個中子受到相互排斥的力。并且相互排斥地力的大小基本恒定,與兩者之間距離沒有關(guān)系。這個相互排斥的力是極小的,微不足道。這兩個中子之間,真正有意義的作用是,它們可以相互阻擋并吸收那些來自其他物質(zhì)所發(fā)射的引力子。中子有一定體積。每個中子發(fā)出的引力線數(shù)量都是一樣的,它們都是以球形模式向外延伸,連接所有物質(zhì)。此時需要引入一個引力線密度概念,既然每個中子所發(fā)出的引力線數(shù)量都相同,這意味著引力線數(shù)量由宇宙物質(zhì)質(zhì)量的多少決定。以每個中子的中心為球心,以半徑為R的球面,那么球面上單位面積的引力線的密度與半徑長度的平方成反比。
等質(zhì)量的物質(zhì)所發(fā)出的引力線數(shù)量相同,不論它是在宇宙邊緣,還是在宇宙內(nèi)部,因為引力線的數(shù)量由宇宙物質(zhì)總量決定。
引力線應(yīng)該是直線,不會繞彎子,其實就是引力子是直線前進(jìn)。宇宙這么多物質(zhì),相互發(fā)出的引力線數(shù)量極大。即使一個最基本的可以發(fā)射引力子的物質(zhì),所發(fā)出引力線的數(shù)量也是極大的,無法統(tǒng)計。引力線的數(shù)量與宇宙物質(zhì)的質(zhì)量的平方成正比,宇宙物質(zhì)質(zhì)量基本恒定,不論最基本的物質(zhì)處于宇宙的哪個部分,它發(fā)出的引力線數(shù)量都一樣。宇宙內(nèi)部空間的任意各點,引力線相互交織,宇宙最邊緣的空間,引力線沒有交織。從邊緣往內(nèi)部開始交織,越往內(nèi),交織越稠密。宇宙的中心是引力線相互交織最稠密的地方。
宇宙中心的一個中子,這個中子本身需要發(fā)出很多條引力線。這個中子有一定的體積,由于處于宇宙中心,有許多其它的物質(zhì)相互發(fā)出的引力線,需要經(jīng)過這個中子所處的空間,沿著這些引力線運動的引力子,也要經(jīng)過這個中子所處的空間。這些引力子分不出彼此,一定會與這個中子相互作用,作用的結(jié)果是,這個中子吸收了這些引力子。如果這個中子不把這些引力子放出來,這個中子的質(zhì)量會迅速膨脹,但是可能沒有這種情況,我們基本上處于這個宇宙的中心或附近,我們這里的物質(zhì)質(zhì)量并沒有增加的現(xiàn)象,可見,這個中子會把它吸收的引力子發(fā)射出來。
這個中子有兩種引力子發(fā)射,一個是最基本的,與其他所有物質(zhì)相互發(fā)射與吸收引力子。這種發(fā)射與吸收是固定的、概率的,依賴于宇宙物質(zhì)的總量與性質(zhì)。第二種情況是與這個中子所處的位置有關(guān),由于這個中子擁有自己的體積,而阻擋其他物質(zhì)相互發(fā)射的引力子。這個中子吸收這些引力子以后,又把它發(fā)射出去。
這些過剩的引力子大概是這樣發(fā)射出去的;首先把這些過剩引力子吸收,這些來自不同方向的引力子帶來的動量相互中和以后,那些沒有被中和掉的動量,就轉(zhuǎn)化成了這個中子的速度,帶來這個動量的引力子就留了下來,成為這個中子物質(zhì)的一部分。其他被中和掉的動量,帶來這些動量的引力子,需要沿原路返回。
假如在距離這個中子某個距離處,有另一個中子,這兩個中子將有何作用呢?上面說了,這兩個中子之間不論遠(yuǎn)近都存在引力線,兩個中子相互發(fā)射引力子,不論遠(yuǎn)近它們都有相同的作用力表現(xiàn)。并且這兩個中子都發(fā)出相同數(shù)量的引力線,與所有的可以發(fā)射引力子的物質(zhì)相聯(lián)系。如果考慮阻擋效應(yīng),這兩個中子可以相互阻擋對方給其他物質(zhì)發(fā)射的引力子,也可以阻擋別的物質(zhì)為對方發(fā)射的引力子,它們相互阻擋的作用效果相互抵消,形同沒有阻擋。
如果我們考慮得更廣一些,這兩個中子可以阻擋其他物質(zhì)相互發(fā)射的引力子。阻擋的引力子,絕大部分都相互抵消,又被發(fā)射了出去。有一類除外,就是那些其他物質(zhì)發(fā)射的引力粒子,需要經(jīng)過這兩個中子的共同連線時(這兩個中子占有一定的體積,這兩個中子必然會阻擋這些經(jīng)過它們連線的引力子,各阻擋一個方向)。這兩個中子各自得到了這些引力子,導(dǎo)致這兩個中子獲得了向連線中心運動的速度,就是我們感覺的這兩個中子像是有引力作用。可見,加以推廣,就可以得出一個結(jié)論,在宇宙中心及附近,所有的物質(zhì)之間都有這樣的作用,像是有萬有引力一樣。
這樣的阻擋效應(yīng)與距離的關(guān)系是:假如這兩個中子原來的距離為1,它們各自所阻擋的引力子也為1?,F(xiàn)在把這兩個中子的距離變?yōu)?,距離倍增。它們各自阻擋沿它們連線的其他物質(zhì)相互發(fā)射的引力子會變?yōu)槎嗌倌??中子的體積不變,但距離倍增。其實根據(jù)球面積的道理,距離倍增,球面積增加到原來的四倍,每個中子的體積并沒有變,由于距離倍增,它們相互掩蓋的面積就變成原來的四分之一了。因此它們相互阻擋的,沿它們連線的其他物質(zhì)相互發(fā)射的引力子的數(shù)量就變成原來的四分之一。
同理可得,這兩個中子所阻擋的,且可以吸收的引力子數(shù)量與中子之間距離的平方成反比,與萬有引力的距離變化效果一樣。質(zhì)量倍增應(yīng)該是更容易理解了,不再說原因了。物質(zhì)之間相互阻擋的可以吸收的引力子數(shù)量與物質(zhì)的質(zhì)量成正比。在宇宙中心或附近,像是有萬有引力一樣,其實質(zhì)是,這些物質(zhì)阻擋的可以吸收的引力子的規(guī)律與萬有引力類似。
在宇宙中心假如有一個質(zhì)量或密度巨大的星球。這個星球受力如何呢?這個質(zhì)量或密度巨大的星球內(nèi)部的物質(zhì)相互發(fā)射引力子,等效于相互排斥。假如這個巨大的星球很致密,內(nèi)部的物質(zhì),發(fā)射的引力子根本出不來,外面的物質(zhì)發(fā)射的引力子也根本進(jìn)不去。這個巨大的星球的表面物質(zhì),必然會接受所有外來的引力子,并把這些引力子發(fā)射出去,這些表面物質(zhì)必然會產(chǎn)生巨大的指向內(nèi)部物質(zhì)的壓力,有巨大的斥力,而這個斥力由最外層物質(zhì)的壓力產(chǎn)生。
這個質(zhì)量巨大的星球,假如質(zhì)量倍增,從其他地方過來,新增加的這些物質(zhì),也必然帶來這些物質(zhì)所擁有的引力線。其他物質(zhì)與這個質(zhì)量巨大星球的物質(zhì),發(fā)出引力線的數(shù)量也會倍增。這些增多的引力線,引力線上的引力子,必然會給這個質(zhì)量巨大星球的表面物質(zhì)給予更大的壓力。質(zhì)量增多,看來壓力也會增大,與萬有引力一樣。
如果我們處在宇宙中心,我們所測量的萬有引力常數(shù)G的數(shù)值就不會變化,如果我們處于宇宙中心附近,由于宇宙物質(zhì)會變得越來越稀疏,萬有引力常數(shù)G的數(shù)值就會緩慢地減少。離中心越遠(yuǎn),萬有引力常數(shù)G的數(shù)值就減少得越快。在我們現(xiàn)在的宇宙里,宇宙中心的萬有引力常數(shù)G的數(shù)值最大,離宇宙中心越遠(yuǎn),萬有引力常數(shù)G的數(shù)值就越小,到宇宙的邊緣減小到零。在宇宙的中心有萬有引力效應(yīng),在宇宙中心附近也有萬有引力效應(yīng),只是小了一點,到宇宙的邊緣,才開始沒有了萬有引力現(xiàn)象。
上面的內(nèi)容也許就是萬有引力的本質(zhì)吧!還有許多困惑需要解決,不管是否正確,這也能解釋一些問題。比如解釋宇宙大爆炸,物質(zhì)向外膨脹看來是必然的,無須再加一些其他東西了。原來的解釋令人困惑,黑洞就出不來東西了,更多物質(zhì)的聚合體,怎么會爆炸呢?
宇宙是統(tǒng)一的,道理不應(yīng)該是這里適用,在那里就不適用了。上面的內(nèi)容應(yīng)該符合邏輯,至少我這樣認(rèn)為。這個被阻擋的引力子假設(shè),總要比那似乎能穿透所有物質(zhì)的萬有引力要好吧!
借用一個詞語,萬有斥力。如果前面的引力子的作用情況符合實際,萬有引力的本質(zhì)是萬有斥力,萬有引力只是表面表現(xiàn),其實際情況是萬有斥力,引力子是萬有斥力的媒介。
估計應(yīng)該可以根據(jù)觀測的宇宙膨脹速度,以及宇宙膨脹速度的增長速度或其他數(shù)據(jù),來計算我們地球所處的宇宙位置。比如計算我們銀河系究竟處于距離宇宙中心的什么位置上。
這是一篇可供獵奇的文章,也算是一種對暗能量的一種否決思路?;蛘哒f,算是對星系加速遠(yuǎn)離我們的而去的一種解釋方法。
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小結(jié):本章大致敘述了暗能量的來源與內(nèi)涵,無論邏輯上看起來多么美妙,筆者的觀點是一貫的,不認(rèn)可,這與筆者對所謂暗物質(zhì)的觀點是一致的。
代替暗能量的方案有幾種,已經(jīng)一一敘述給大家了。引力紅移方案,歷史上的星系高速運動方案,或二者的綜合方案。二者的綜合方案是大概率的符合宇宙歷程事實的方案。
如果以上方案都不行,而現(xiàn)在的宇宙真的在加速膨脹,那么依然還有替代方案,萬有斥力方案也是不錯的,比較符合永久性加速膨脹的宇宙。
實際上,我實在難以認(rèn)可暗能量,暗能量的邏輯瑕疵太大。按照暗能量的邏輯,現(xiàn)在的宇宙是加速膨脹的宇宙,似乎之前的某個階段,宇宙剛好不膨脹或以某個較低的速度膨脹。在之前的宇宙是一個減速膨脹的宇宙,宇宙大爆炸后,獲得了高速膨脹的動量或能量,其物質(zhì)在強(qiáng)大引力作用下,膨脹速度逐漸減小。以至于到之前的某個階段,暗能量開始呈現(xiàn)出來影響,宇宙又開始加速膨脹了。這種邏輯形同兒戲,確實難以讓人信服。這種過程,呈現(xiàn)了宇宙膨脹速度的變化,但是,為何星系的紅移卻沒有反映出來呢?為何星系的紅移是一根筋,一個趨勢,沒有波動變化呢?這確實是不正常的,不應(yīng)該的。因此,我不認(rèn)可暗能量。
不過,暗能量如果是真的話,也是很有意義的,其負(fù)壓特征,收集大量暗能量,也許可以實現(xiàn)反重力。多一種可能,就多一些機(jī)會。如果存在暗物質(zhì)的話,也是很好的事情,也許可以為我所用。遺憾的是,世界很有可能不是這樣的,世界也許真的沒有那么復(fù)雜。這實際上不是好事情,世界復(fù)雜一些,確實可以給人更多驚喜。