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一个简洁的公式,迟早会载入史册,只是现在还得等

已有 5432 次阅读 2016-7-7 19:19 |系统分类:论文交流

哈勃常数的理论计算和观测验证(更新)


 要:根据吸纳了测不准原理的新狭义相对论,推导出哈勃常数与若干基本物理常数之间的关系式,由此式精确算出哈勃常数的理论值H0=70.937km·s-1·Mpc-1,与2001年以来的多数观测结果符合得很好。利用这个公式可以解答狄拉克大数等悬疑问题。值得注意的是,新狭义相对论预言的一个异常效应可以在电子储存环上进行实验验证。

关键词:哈勃常数,狄拉克大数,吸纳了测不准原理的新狭义相对论

1. 引  言

众所周知,哈勃定律是通过天文观测发现的,因此长期以来人们一直认为,只有天文观测才是确定哈勃常数的唯一途径。然而,在一项理论研究中,笔者发现哈勃常数和几个基本物理常数之间存在一个严格的关系,因此利用这个理论公式可以独立于天文观测,直接把哈勃常数精确地计算出来,其计算值与2001年以来的多数测量结果符合得很好。利用这个公式可以解答狄拉克大数等悬疑问题。除了导出这个计算哈勃常数的公式,新狭义相对论还预言了一个新效应,由它引发的一种未知现象可以在电子储存环上进行实验验证,已做出的初步实验探测显示有该预言现象存在的可疑迹象。

2. 哈勃常数和若干基本常数之间的关系式

为了探求狭义相对论和量子力学在基本概念上的交融,笔者依据测不准原理、时间平移对称性和三维空间球对称性,为夸克、轻子建立了一个四维时空圆柱体模型,基于这个模型推导出一系列既可兼容狭义相对论的老方程又满足测不准原理要求的新方程,从而以不同于量子电动力学的方式实现了狭义相对论和量子力学在深层次上的统一[1] [http://blog.sciencenet.cn/blog-648126-875966.html]。有兴趣的是,利用完备化的新方程推导出哈勃常数和若干基本常数之间的关系式:

                                                                              (1)

式中H0为“近处”哈勃常数,c为真空中光速,G为引力常数,ћ为约化普朗克常数,memn分别为电子和中子的质量。可以看到,描述宇宙大尺度特征和微观世界性质的物理常数之间存在公式(1)这样一个简洁关系,应该是令人惊叹的。因为(1)式右侧的常数值都是已知的,所以此前仅由天文观测确定的哈勃常数现在可以从理论上精确地计算出来:

H0 (理论) =2.299×10−18s−1=70.937 km·s−1·Mpc−1                                                   (2)

按照本理论,由H0的倒数即“哈勃时间”直接得到宇宙年龄

τ =1/H0≈137.8亿年                                                                          (3)

公式(1)的推导过程见参考文献[1],本文仅介绍这个公式本身及其与观测结果的一致性。

3.天文观测的验证

经过几代天文学家们的不懈努力,对哈勃常数的测量在过去的二十年里取得了重大进展,一系列具有较高置信度的精确数据可用来检验本文的理论值。参考文献[2]给出从2001到2016年16年间的哈勃常数测量值,表1列出的是与该文献的图1对应的数据。可以看到,理论值(2)同用红色标记的测量结果符合得很好,特别是与哈勃空间望远镜重点项目KP (2001)利用距离阶梯技术累计十年观测得出的最终结果高度吻合。


    表1 哈勃常数测量值及其对理论值70.937km·s−1·Mpc−1的相对偏差

项   目

技术方法

H0 测量值

km /s/Mpc

H0 理论值

相对偏差

参考文献

KP

Cepheid

71

8.88×10−4        

Freedman et al. (2001)

WMAP1

CMB

72

1.50×10−2        

Spergel et al. (2003)

WMAP3

CMB

73.2

3.19×10−2        

Spergel et al. (2007)

WMAP5

CMB

71.9

1.36×10−2        

Dunkley et al. (2009)

SH0ES

Cepheid

74.2

4.60×10−2        

Riess et al. (2009)

SH0ES

Cepheid

74.4

4.88×10−2        

Riess et al. (2011)

WMAP7

CMB

70.4

-7.57×10−3        

Komatsu et al. (2011)

CHP

Cepheid

74.3

4.74×10−2        

Freedman et al.  (2012b)

WMAP9

CMB

70.0

-1.32×10−2        

Bennett et al. (2013)

P2013

CMB

67.3

-5.13×10−2        

Planck. (2014)

P2015

CMB

67.8

-4.42×10−2        

Planck. (2015)

SH0ES

Cepheid

71.82

1.24×10−2        

Riess et al. (2016)

      

     再有,2017年2月由多国天文学家组成的H0LiCOW团队[3]公布了他们使用强引力透镜时间延迟技术取得的最新观测结果:在平直-ΛCDM模型中H0=71.9+2.4−3.0 km·s−1·Mpc−1,可见,在其测量误差范围内与我们的计算值(2)一致 [http://blog.sciencenet.cn/blog-648126-1032431.html]

     另外,由LIGO和Virgo等多个研究团队发表的论文[4]指出:对双中子星合并事件GW170817的引力波分析可直接估算其光度距离,进一步结合其它天文观测结果得出H0=70.0+12−8km·s−1·Mpc−1继续支持本文的理论值。不久前有研究者指出,黑洞-中子星合并事件的引力波-电磁波联合观测可以给出更精确可靠的哈勃常数值,这种特立独行的方法被认为拥有巨大潜力,我们期待着不久的将来能够通过这种权威的观测去检验我们的理论结果。

参考文献

[1] Dapeng Qian, A New Version ofSpecial Relativity Absorbed the Uncertainty Principle: Its Content as Well as

    Application and Experimental Test, Journal of Modern Physics, 5, 1146-1166, (2014)

    [http://dx.doi.org/10.4236/jmp.2014.512117]

[2] R. L. Beaton, W. L. Freedman, et al., The Carnegie- Chicago Hubble Program. I. A New Approach to the Distance

       Ladder Using Only Distance Indicator of Population II,Draft version June 9, (2016) [arXiv:1604.01788v2]

[3] V. Bonvin, F. Courbin, S. H. Suyu, et al., H0LiCOW V. New COSMOGRAILtime delays of HE04351223:

    H0 to 3.8% precision from strong lensing in a flat ΛCDM model, (2017) [arXiv:1607.01790v2]

[4] The LIGO Scientific Collaboration and The Virgo Collaboration, et al.A gravitational-wave standard siren        

    measurement of the Hubble constant, Nature, 551, 85–88(2017)

[5] Dapeng Qian, A proposal to detectan emission of unusual superhigh energy electrons at electron storage rings,

    Results in Physics, Vol.4,117–118, (2014) [http://authors.elsevier.com/sd/article/S221137971400031X]




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