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物质世界本质上是统一的,以往宇宙学与地球物理及天体力学是分家的,各自为政,理论间甚至互相冲突,这种现象暴露我们对事物本质的认识还相当肤浅,本博文首先展示月球远离地球的传统理论公式导致的灾难性结论,然后用生成宇宙学化解这些矛盾的,打通地球物理与宇宙学之间的联系。
这里要处理的对象是地月系统,先看看传统理论的结果。按照传统理论,地球给月球的力矩为(见周济林《天体力学基础》136页,2018年版)
地球物理权威 K. 兰伯克在其书《地球自转的变化》中也给出这公式(见1988年版,322页),著名的 Murray, Carl D 在其书 "Solar System Dynamics" 也得出同样的公式。我国方俊的《固体潮》也有这公式。
由于地球自转角速度最终会等于月球公转角速度,所以滞后角只能会越来越小而不是越来越大,Murray, Carl D 指出
下标0代表今天的值。今天的月地距离是384400公里,月球后退速度是3.8厘米/年。(5)里的时间单位用年,长度单位用公里。从(5)不难看出 在15.56亿年前,月地距离a=0, 就是说在15.56亿年前月地合并,这严重与事实不符。如果考虑地球自转角速度与月球 公转角速度的差值越来越小的事实,得到的过去月球后退速度会更大,距今还不到15.56亿年就碰一起了,理论灾难更突出。
为了解决这灾难,学者们认为不能假设滞后角越来越小,反而需要承认地质历史上大部分时期潮汐耗散远低于今天,预设“月球45亿年前通过大碰撞形成”,再反过来调整古潮汐耗散的数值,让积分结果刚好能把月球回溯到45亿年前的洛希极限位置。整个过程没有独立的物理约束,耗散系数可以在0~当前值之间自由浮动。
这其实是用一个可调参数去掩盖理论本身的内在矛盾,一切显得不自然,太多的人为想象,说是一个临时打的丑陋补丁也不为过。理论不能一气呵成,靠半路打补丁只能表明理论自身的缺陷,并不能真正解决问题。
下面介绍生成宇宙学是如何巧妙化解这问题的(关于生成宇宙学的详细阐述,请见“杨建亮生成宇宙学简介”)。
按照生成宇称学,宇宙膨胀和收缩循环往复,宇宙的密度始终不变,不存在大爆炸无限大密度奇点,天体半径与空间距离作同样的哈勃膨胀,膨胀开始时天体质量逐渐增加,新物种在天体内 由暗能量生成,收缩过程是膨胀的逆过程,物质逐渐消失。宇宙尺度因子
最近一轮膨胀的开始时间定义作t=0, 既是上一轮的收缩结束也是新一轮膨胀的开始,此时上一轮万物消失新一轮万物开始生成,上一轮信息无法观测。
由于生成宇宙学不改变各种自转或公转的周期既不改变各种自转或公转的角速度,所以地月系统改变角速度的只能是潮汐作用,地球的自转角速度与月球的公转角速度的依赖关系不变,根据地球自转角动量与月球公转角动量守恒仍得到(见本人以前的博文“生成宇宙学动力学”)
注意(8)里的角速度单位现在是弧度/秒。下面在生成宇宙学框架重新计算月球的后退速度。
(11)是一阶线性方程,这方程的解是
,
因此(11)的解的完整形式为
(13) 和(12)里 表明月球后退速度目前和过去一直是加速的,但总有一天会变成减速。值得注意的是加速度及其微弱,15亿的时间跨度内可以认为后退速度不变。(12)的级数收敛,方程求解合理,完美弥补以往理论的缺陷。t=0时月地距离为零,这正是生成宇宙学的结论,此时宇宙尺度因子为零,宇宙体积为零。
最后需要说明的是,随着时间的变大,正弦函数表示的宇宙尺度因子的展开式子不能只保留一项了,因此这里推导的结论若干年后需作修改,但对目前和过去还是适用的。也就是说,目前
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GMT+8, 2026-11-15 12:36
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