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twxz木蟲 (正式寫手)
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[交流]
【交流】宇宙物質(zhì)密度 已有3人參與
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新牛頓宇宙 第六章 暗能量 6.4 宇宙物質(zhì)密度 在宇宙學(xué)研究中，在討論宇宙中物質(zhì)平均密度問(wèn)題時(shí)，通常都是用宇宙臨界物質(zhì)密度為單位進(jìn)行討論。在有關(guān)的科普文章中我們經(jīng)�？梢钥吹�，普通物質(zhì)（重子物質(zhì)）占4%，暗物質(zhì)（非重子物質(zhì)）占23%，暗能量占73%（不同學(xué)者給出的數(shù)字略有不同）這樣一個(gè)說(shuō)法，其中各種物質(zhì)所占的百分點(diǎn)就是用宇宙臨界物質(zhì)密度為單位。宇宙中物質(zhì)平均密度與宇宙臨界物質(zhì)密之比通常用Ω這個(gè)無(wú)量綱參數(shù)來(lái)表示。 宇宙臨界物質(zhì)密度這個(gè)概念，是由在愛(ài)因斯坦的宇宙學(xué)方程中，假設(shè)宇宙學(xué)常數(shù)Λ = 0時(shí)，即Friedmann的宇宙學(xué)動(dòng)力學(xué)方程，推導(dǎo)出來(lái)的參數(shù)。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型，如果假設(shè)宇宙學(xué)常數(shù)Λ = 0，同時(shí)承認(rèn)WMAP的觀測(cè)結(jié)果可以推導(dǎo)出宇宙的曲率k應(yīng)當(dāng)為0，則由Friedmann的宇宙學(xué)動(dòng)力學(xué)方程，我們可以推導(dǎo)出的宇宙中應(yīng)當(dāng)有的物質(zhì)平均密度，就是宇宙臨界物質(zhì)密度。宇宙臨界物質(zhì)密度只和哈勃常數(shù)以及萬(wàn)有引力常數(shù)有關(guān)。其具體表達(dá)式為： ρc=3Ho^2/(8πG) 式中Ho 為哈勃常數(shù)，G 為萬(wàn)有引力常數(shù)。代入Ho和G的具體數(shù)值，我們可以得到 ρc=1.88h^2ⅹ10^-29 g/cm^3 式中h 是哈勃常數(shù)以100 km/s/Mpc 為單位的無(wú)量綱數(shù)值。 關(guān)于宇宙物質(zhì)平均密度的實(shí)際測(cè)量，它是一個(gè)非常復(fù)雜和困難的問(wèn)題。而理論計(jì)算則相對(duì)比較簡(jiǎn)單。北京大學(xué)俞允強(qiáng)教授在‘物理宇宙學(xué)講義’一書第三章第四節(jié)中專門討論了宇宙物質(zhì)平均密度的實(shí)際測(cè)量這個(gè)問(wèn)題。俞允強(qiáng)教授在討論中提到，如果用星系為單位，再用質(zhì)光比的方法推算，則發(fā)光物質(zhì)對(duì)宇宙物質(zhì)平均密度的貢獻(xiàn)約為Ω=0.01。如果把星系中‘暗暈’的質(zhì)量計(jì)算在內(nèi)，宇宙物質(zhì)平均密度約為Ω=0.03～0.1。如果用星系團(tuán)為單位，則宇宙物質(zhì)平均密度約為Ω=0.1～0.3。這些方法都是對(duì)典型區(qū)域作局部測(cè)量推算的結(jié)果。如果把這些結(jié)果推廣到整個(gè)宇宙，則這些典型區(qū)域（星系或星系團(tuán)）之間存在的物質(zhì)就被忽略了。為了把典型區(qū)域之間存在的物質(zhì)考慮進(jìn)去，Loh 和 Spillar在1986年利用統(tǒng)計(jì)方法，對(duì)紅移在0.5以內(nèi)1000個(gè)場(chǎng)星系進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得出的結(jié)果是，宇宙物質(zhì)平均密度約為Ω=0.9（95%的置信度）。符合Einstein-de Sitter 模型(Λ = 0, Ω = 1)。 在標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型的理論框架下，在假設(shè)了擾動(dòng)的‘冪律譜’后，根據(jù)星系形成的理論要求，宇宙學(xué)家推導(dǎo)出，實(shí)物密度大約只有Ω=1/3。這個(gè)結(jié)果與Loh 和 Spillar的實(shí)際觀測(cè)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果是相互矛盾的。對(duì)這兩個(gè)相互矛盾的結(jié)果，宇宙學(xué)家偏向于采信實(shí)物密度約為Ω=1/3的理論計(jì)算結(jié)果。因?yàn)橛?jì)算得到實(shí)物密度約為Ω=1/3時(shí)還用到標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型理論中非常重要的暴漲理論，而Loh 和 Spillar的結(jié)果和標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型中其它理論沒(méi)有什么關(guān)系，純粹是實(shí)際觀測(cè)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。為了維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型理論的地位，宇宙學(xué)家寧愿采信理論計(jì)算的結(jié)果。即使這樣做的后果是，需要引進(jìn)不知為何物的暗能量，用以解決理論計(jì)算結(jié)果中，實(shí)物密度為Ω=1/3和總密度為Ω=1之間相互矛盾的難題。因?yàn)楦鶕?jù)標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型理論和WMAP微波背景輻射上溫度各向異性的測(cè)量，宇宙物質(zhì)總密度應(yīng)當(dāng)為Ω=1。 根據(jù)‘科學(xué)網(wǎng)（sciencenet.cn）’論文頻道2010-5-28文章‘天文學(xué)家或已找到宇宙丟失物質(zhì)’（作者：Fabio Gastaldello 來(lái)源：《天體物理學(xué)雜志》）的報(bào)道，星系形成的流體動(dòng)力學(xué)模擬顯示，現(xiàn)今大量的重子物質(zhì)可能存在于溫度介于幾十萬(wàn)攝氏度到一百萬(wàn)攝氏度之間的溫?zé)嵝窍惦H物質(zhì)（WHIM），以網(wǎng)絡(luò)狀彌漫于鄰近宇宙，而不是位于恒星或者星系。在演化過(guò)程中，還會(huì)不斷有熾熱氣體隨星系風(fēng)進(jìn)入星系際空間。這種彌漫的高溫氣體極其稀薄，就算被檢測(cè)到，證據(jù)也頗為模糊。但它們的總含量，要比已經(jīng)被天文觀測(cè)確定的重子物質(zhì)還要多。加州大學(xué)天文學(xué)家利用歐航局（ESA）的XMM-牛頓太空望遠(yuǎn)鏡與美國(guó)宇航局（NASA）的錢德拉X射線太空望遠(yuǎn)鏡，在距地球4億光年之處，發(fā)現(xiàn)巨大的星系際氣體儲(chǔ)存槽。這一發(fā)現(xiàn)成為迄今為止最強(qiáng)有力的證據(jù)，證明這些在宇宙中的彌漫之物，就是科學(xué)家不斷尋找的丟失物質(zhì)。 這個(gè)最新觀測(cè)結(jié)果證明，在宇宙中確實(shí)存在大量的彌漫高溫電離氣體。它要比已經(jīng)被天文觀測(cè)所確定的重子物質(zhì)還要多。但大部分主張標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型理論的宇宙學(xué)家認(rèn)為，我們只能把這些溫?zé)嵝窍惦H物質(zhì)歸結(jié)到只有4%宇宙臨界物質(zhì)密度的重子物質(zhì)密度中。這些理論宇宙學(xué)家不愿意把它歸結(jié)到，Loh 和 Spillar得出的，占0.9宇宙臨界物質(zhì)密度的實(shí)物密度中。因?yàn)槿绻@樣做，就要把理論宇宙學(xué)家辛辛苦苦在標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型框架下建立起來(lái)的暗能量和暗物質(zhì)概念從宇宙學(xué)理論中趕出去，沒(méi)有存在的必要。這樣做的結(jié)果可能危及整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型的理論。這就是世界各國(guó)許多科學(xué)家簽名的《致科學(xué)界的公開信》中所提到的：‘連實(shí)際的觀測(cè)結(jié)果也要被篩選，要依據(jù)其能否支持大爆炸理論的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)篩選’�！毁Y助從屬于大爆炸論的課題，這種做法抹殺了科學(xué)方法的一個(gè)基本原則：就是必須持續(xù)不斷地用實(shí)際觀察來(lái)對(duì)理論加以檢驗(yàn)的原則。這樣一種束縛使任何探討都無(wú)法進(jìn)行，也使任何研究都無(wú)法進(jìn)行’。 由此我們可以看出，目前流行的看法，普通物質(zhì)（重子物質(zhì)）占4%，暗物質(zhì)（非重子物質(zhì)）占23%，暗能量占73%（不同學(xué)者估計(jì)的數(shù)字略有不同）這個(gè)說(shuō)法，主要是在標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型理論框架下，對(duì)某些間接天文觀測(cè)結(jié)果從理論上推導(dǎo)出來(lái)的，并不是對(duì)某個(gè)典型區(qū)域直接進(jìn)行天文觀測(cè)中得到的。Loh 和 Spillar對(duì)某個(gè)典型區(qū)域直接從天文觀測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)得出的結(jié)果是：宇宙中實(shí)物物質(zhì)密度可以高達(dá)宇宙臨界物質(zhì)密度的90%。前者之所以流行并被大眾所知曉，完全是理論宇宙學(xué)家對(duì)天文觀測(cè)結(jié)果依據(jù)其能否支持大爆炸理論的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行篩選的結(jié)果。只有這些被篩選后的結(jié)果，才能通過(guò)各種媒體的宣傳，才被大眾所知曉。 參考文獻(xiàn) 71 Loh, E. D.; Spillar, E. J., 1986ApJ...307L...1L 72 天文學(xué)家或已找到宇宙丟失物質(zhì) http://paper.sciencenet.cn/htmlpaper/20105281018335329728.shtm 3．俞允強(qiáng) 物理宇宙學(xué)講義 (新牛頓宇宙 第六章 暗能量 6.4 宇宙物質(zhì)密度) |
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由此我們可以看出，目前流行的看法，普通物質(zhì)（重子物質(zhì)）占4%，暗物質(zhì)（非重子物質(zhì)）占23%，暗能量占73%（不同學(xué)者估計(jì)的數(shù)字略有不同）這個(gè)說(shuō)法，…… ﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌ 請(qǐng)教宇宙學(xué)專家twxz樓主： (重子物質(zhì))是只包括電子質(zhì)量以上的物質(zhì)、并不包括光子等輕物質(zhì)、以及電磁場(chǎng)場(chǎng)物質(zhì)的質(zhì)量對(duì)嗎？ 還有“Loh 和 Spillar對(duì)某個(gè)典型區(qū)域直接從天文觀測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)得出的結(jié)果是：宇宙中實(shí)物物質(zhì)密度可以高達(dá)宇宙臨界物質(zhì)密度的90%�！边@個(gè)天文觀測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)是以什么為依據(jù)呢？ 即是依據(jù)星系內(nèi)、或星系間運(yùn)動(dòng)所需的向心引力加速度推算的引力質(zhì)量否。請(qǐng)賜教好嗎 |
3樓2011-08-12 07:26:40
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