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宇宙学批判与质疑:正反物质同存的C宇宙模型中星系团的运动
复旦大学倪光炯教授指出,在相对论量子力学中,负能量是不可避免的,负能量的出现反映了反粒子存在。牛顿“万有引力定律”需要扩展为既有吸引也有排斥的相互作用。
(1)
其中负号适用于和
都是同类物质的情形,而正号适用于正反物质之间。就是说,正反物质间是斥力而非引力。
倪教授还指出,在相对论量子力学中,无论是Dirac方程或Klein-Gordon方程,都具有“质量反演对称性”。即我们称自己为正物质并非绝对的,只有相对的意义。([10]倪光炯,陈苏卿. 高等量子力学,上海:复旦大学出版社,2004,417-421)
对同时包含正、反物质,物质间“同性相吸,异性相斥”的宇宙,引力质量与惯性质量相等的等效原理不再成立。作为一种引力理论的广义相对论不再适用于同时有正、反物质的宇宙。描述宇宙物质运动的动力学仍用经典力学,时空整体是平坦的。
在电磁相互作用中,正、负离子相吸,形成规则排列的晶体结构。在“同性相吸,异性相斥”质量相互作用中,正、反物质各自“同性相吸”形成正、反星系团;“异性相斥”形成类似正、负离子相间分布的格局。不同处是,正、负离子相吸遇到核力阻挡形成稳固的晶体结构;正、反星系团相斥,致使宇宙整体发生加速性膨胀。
宇宙看成由正、反物质团作正、反“分子”构成的“气体”。正、反“分子”相间分布产生斥力。宇宙(总星系)中每个“分子”间“斥力-引力”势能可由下式计算。
计算中假定:1)“分子”的质量均相等,2)正反“分子”数量相等。由此,任一分子的位能
(求和中除去
一项)。其中
(2)
式中,为“分子”质量;
为与另一“分子”的距离。
这团“气体”中正、反“分子”间,因“同性相吸,异性相斥”,自动形成正反“分子”在空间中相间排列的分布。为计算这团气体中“分子”的“斥力-引力”势能,按固体物理中晶体内一个离子的总电势能,可表示为它与距离最近的另一个离子的电势能的A倍。对各类离子晶体马德隆常数A通常在1.5~2.6间。([11]谢希德,方俊鑫. 固体物理学(上册),上海:上海科学技术出版社,1964,76-79)
为简单起见,按正反“分子”如氯化钠晶体中正负离子分布的模式计算
≈
(3)
式中R0为临近“分子”间距。与离子晶体的点阵能的情况类似, A为马德隆常数,A≈1.7。
由计算“宇宙压强”。
。 (4)
“宇宙压强”P是负的。这团气体若在封闭容器中,不论容器有多大,容器中各处的分子密度必然是相同的。这团气体若没有容器约束,就会向四周扩散。下面是假定分子质量不变情况下的近似描述。在球对称状态下,可压缩流体的流体力学方程组为:
(5)
物态方程为:
(6)
对这团向真空中膨胀的气体,我们关心的是膨胀达稳定状态后的运动。求得膨胀加速演化曲线形态如图4中的曲线b。
图4.尺度时间演化曲线。减速膨胀曲线a的时间回溯必定与R=0的时间轴相交于被称为宇宙创生时刻的t1,而加速膨胀曲线b可以不与时间轴相交。
膨胀达稳定态后物质密度随距气体团中心距离
的增大按下式减小:([12]池顺良. 宇宙学的一个新假说,鹤壁:河南省鹤壁市革委科委出版,1978年,4期,9-15) http://blog.sciencenet.cn/blog-51667-351380.html
(7)
这团从一个体积相对较小的“气团”,大倍率膨胀形成的球状“大气团”中的物质密度(“分子”)分布,中央区域相对均匀,周边逐渐稀疏。我们银河系的位置在中心的几率很小。在可观测得更远的望远镜问世后,可能发现不同方向物质密度有系统性的差别,由此,可望发现银河系在总星系中的位置。也许我们能够知道总星系这级宇宙的尺度有多大。
在既有引力,也有与之相当斥力的宇宙中,时空整体就是平坦的。当然也就没有所谓的“平坦性疑难”。
下面,具体计算星系团间的斥力势能能够为总星系中作膨胀运动的星系团,提供多大的退行速度。
若正、反星系团中心间距为128Mpc,宇宙物质平均密度 ≈ 6×10-30gcm-3,星系团质量
Mpc=3.086×1024cm,G=6.672×10-8cm3g-1s-2。
由公式 (8)
由(8)式计算“分子”具有的位能完全转化为“分子”的膨胀速度
=4.6×103km/s。
考虑膨胀早期R0更小,假设只有目前的1/3000,此时宇宙物质密度也仅每立方米1011个氢原子。星系团的膨胀速度可达到=2.5×105km/s ,已接近光速。
“分子”的膨胀和加速,由正反物质间相斥势能推动,对于观测到星系退行能达到的速率,数量上是够的。
推动这团“气体”膨胀加速运动的力,随“分子”吸积质量加大、距离增大而变化。而“分子”的吸积、合并过程很复杂,要描述这团气体正反“分子”的生长、合并,以及同时加速膨胀运动的演化过程,难以解析计算。要用数值模拟方法演示演化过程。是个大的科学计算工程。
若总星系的总质量M ≈1×1056g([1] 293.),总星系中现在的“分子”(正、反超星系团)数量约2.5×105个。我们的银河系所在的正物质超星系团,是这25万个正、反超星系团中的一个。
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