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暗物质构筑物理学天文学新框架72- 光线引力偏折、雷达回波延迟、引力透镜

已有 696 次阅读 2023-3-25 07:03 |个人分类:暗物质构筑物理学天文学新框架|系统分类:科研笔记

1光线引力偏折

根据广义相对论,光和物体的运动一样,受到引力场的作用,会偏向引力源。此为光线引力偏折。光线的引力偏折现象被认为是广义相对论的实验检验的主要证据。1915年,爱因斯坦计算出从太阳附近穿过的星光的偏折角度为1.75“(角秒)1916年,爱因斯坦发表了他的广义相对论,预言经过恒星附近的光会发生引力偏折,致使恒星发生视差。论文受到著名的英国天文学家,物理学家,数学家爱丁顿的重视,因为爱丁顿1905年到格林尼治天文台工作时,曾经做过天体测量与小行星视差方面的工作。由爱丁顿率领的观测队到非洲西部的普林西比岛观测1919529的日全食,拍摄日全食时太阳附近的星空照片,与太阳不在这一天区时的星空照片相比对,光线偏折的角度与爱因斯坦的预言基本符合。

在星体或星系周围,由于显态粒子的质量对称性破缺,而是其对场态粒子产生相对稳定的永久偶极,进而使其对场态粒子产生强烈的吸引力。只有密度提高才能抵消这部分引力而使引力和斥力平衡,而这种强烈的吸引力的传递过程存在球面衰减,因此会产生场态粒子的密度梯度。随着半径增加密度逐渐下降,光线经过星系或星体附近时,光线由于场态粒子的密度梯度而发生折射。而场态粒子的分布等密度面为球面,这里并不是时空弯曲,而是场态粒子密度变化的等密度面的弯曲,并不是时空弯曲。

实际上,暗物质是光的传播物质,电磁波探测不到均匀的暗物质,只有暗物质密度变化才能感受到暗物质的存在。就像声波探测不到均匀空气,也探测不到均匀的水,声波只能探测到介质不均匀变化。

光线引力偏转的真正原因是暗物质密度梯度变化,本质上就是光疏介质与光密介质的光线偏转。

预测与验证:

光的引力实验,不同的光之间是否具有引力实验。

光只有在介质密度变化时,光线才会弯曲。宏观物质影响场态粒子密度。

2雷达回波延迟

1964年夏皮罗提出一项广义相对论检验实验,利用雷达发射一束电磁波脉冲,经其它行星反射回地球被接收。当来回的路径远离太阳,太阳的影响可忽略不计;当来回路径经过太阳近旁,太阳引力场造成传播时间加长,此称为雷达回波延迟。这一观测也可以以人造天体作为雷达信号的反射靶进行实验。观测的结果和理论计算之间在1%的精度内符合。

在太阳周围,场态粒子的分布密度存在一定梯度,随着半径增加密度而逐渐下降,光线经过太阳附近时,光线不仅由于场态粒子的密度梯度而发生折射,而且由于场态粒子的密度梯度而传播速度发生变化。

只有介质密度变化才能改变光速。星系或星体周围,暗物质密度梯度显著变化,不仅引起光线偏转,也会使光速发生显著变化。这是自然条件下光疏介质与光密介质的逐渐转化,实际上,可以人为地设定光疏介质与光密介质,不仅可以调整光速,也可以调整光线路径。

预测与验证:

光的引力实验,不同的光之间是否具有引力实验。

光疏介质与光密介质,光只有在介质密度变化时,光速才会变化。

3引力透镜

引力透镜效应是爱因斯坦广义相对论所预言的一种现象,由于时空在大质量天体附近会发生畸变,使光线在大质量天体附近发生弯曲(光线沿弯曲空间的短程线传播)。在有些情况下,起引力透镜作用的天体是一个星系,它对光的弯曲作用能产生类星体或其它星系等更遥远天体的多重像。有些天文学家认为,多达2/3的已知类星体可能由于引力透镜效应而增加了亮度。爱因斯坦广义相对论认为物质决定时空,引力使光线发生弯曲。在宇宙中,前景的大质量天体能够增亮视线上的背景星系或扭曲其图像,其原理非常类似光学透镜的作用,因而称为引力透镜效应。1979年,天文学家观测到类星体Q0597+561发出的光在它前方的一个星系的引力作用下弯曲,形成了一个一模一样的类星体的像。这是第一次观察到引力透镜效应。1993年,天文学家利用微透镜效应观测到银河系中的暗物质(dark matter)。星系和星系团的质量大部分是暗物质提供的,它的引力作用与可见物质是一样的,所以通过分析引力透镜就能探知所有物质的质量分布,并非常准确地测量星系团等的质量。这种测质量的方法的优越性是不必做太多假设就能把所有物质的质量全包括进来。并且这一点对探测非常遥远的天体和事件非常有利,包括高红移的星系,类星体,伽玛射线等。它们发出的光线在穿越时空到达地球之前的漫漫长旅中,可能会在中间遇到星系或星系团,星系或星系团做为透镜使得背景天体成了像。在这种情况下像可以有多个,为研究背景天体和宇宙提供机会。

这种透镜本质上就是通过天体时光线发生扭曲。天体周围,场态粒子的分布密度存在一定梯度,随着半径增加密度而逐渐下降,光线经过天体近旁时,光线会由于场态粒子的密度梯度而发生折射。引力透镜反应了暗物质密度变化规律,而不是暗物质的实际密度。

引力透镜效应是暗物质参与电磁作用的有力证据。暗物质分布图就是采用引力透镜观测光线的偏折来计算和绘制的。

预测与验证:

真空或均匀介质中,光线不会发生弯曲,且光速不会变化。

光疏介质与光密介质,光只有在介质密度变化时,光线才会弯曲,光速才会变化。

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