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twxz木蟲 (正式寫手)
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[交流]
【交流】牛頓力學(xué)和宇宙學(xué)原理 已有1人參與
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牛頓力學(xué)和宇宙學(xué)原理 標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型理論認(rèn)為，Neumann-Zeeliger疑難的存在說明牛頓力學(xué)不適合宇宙學(xué)研究。在其它有關(guān)‘廣義相對論’的書中，對Neumann-Zeeliger疑難還有另外一種和俞允強(qiáng)教授不同的討論方法。這就是用類似靜電學(xué)方法，引進(jìn)引力場強(qiáng)度概念E。這樣根據(jù)牛頓力學(xué)我們可以得到div E= - 4πGρ。如果我們以坐標(biāo)原點為球心，建立一個半徑為R的球面，并假設(shè)宇宙中物質(zhì)是均勻分布，則在這個球面上的引力場的方向是垂直于球面指向球心，即坐標(biāo)原點。對div E= - 4πGρ在半徑為R的球面所包含的球體內(nèi)進(jìn)行體積分，則有E 4πR^2= - 4πGρ(4π/3)R^3。由此我們可以推出E∝ρR。如果承認(rèn)宇宙是無限的，則R->∞， E->∞。因此有人認(rèn)為，這意味著空間在每一點的引力強(qiáng)度都是無窮大。我認(rèn)為這樣解釋是有問題。根據(jù)E∝ρR，對坐標(biāo)原點R=0，引力場強(qiáng)度E應(yīng)當(dāng)為0。只有在離坐標(biāo)原點的距離R趨于無窮大時，引力場強(qiáng)度E才趨于無窮大。 顯然，得到這樣的結(jié)論是不合理的。因為它表明，空間中各個空間點的引力場強(qiáng)度和計算時所取的坐標(biāo)原點的選擇有關(guān)。這說明前面的推導(dǎo)方法有問題。標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型認(rèn)為，出現(xiàn)這種不合理的情況是由于牛頓引力定律在宇宙學(xué)研究中失效了，不承認(rèn)‘宇宙中物質(zhì)是均勻分布’這個宇宙學(xué)原理假設(shè)可能存在問題。我認(rèn)為情況恰好相反，是‘宇宙中物質(zhì)是均勻分布’這個宇宙學(xué)原理假設(shè)是不合理的，這才導(dǎo)致了這個不合理結(jié)論的出現(xiàn)，牛頓引力定律在宇宙學(xué)研究中并沒有失效。 俞允強(qiáng)教授在‘熱大爆炸宇宙學(xué)’一書中對典型的旋渦星系的旋轉(zhuǎn)曲線的計算也是根據(jù)div E= - 4πGρ 這個公式計算出來的。計算的結(jié)果如下圖。  標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型就是根據(jù)這個結(jié)果推斷出在星系半徑外存在有暗暈。從這里我們可以得看到，牛頓引力定律在宇宙學(xué)的研究中是沒有問題的。以牛頓力學(xué)為基礎(chǔ)的天體力學(xué)現(xiàn)在仍然是現(xiàn)代天文學(xué)中計算天體運(yùn)動的不可缺少的工具。下面我們具體分析一下為什么在對Neumann-Zeeliger疑難問題的討論中會出現(xiàn)不合理結(jié)果。 在對Neumann-Zeeliger疑難的討論中，既然根據(jù)牛頓力學(xué)用div E= - 4πGρ 這個公式不存在問題，那問題應(yīng)當(dāng)出在后面的推導(dǎo)中。由于在對Neumann-Zeeliger疑難后面的討論中，實際上采用了宇宙學(xué)原理的假設(shè)‘宇宙中物質(zhì)是完全均勻分布’，所以物質(zhì)密度ρ是個常數(shù)。這才得到了E∝ρR這個關(guān)系對所有R的值都成立的結(jié)果，從而推導(dǎo)出當(dāng)R->∞，則 E->∞，即引力發(fā)散。在俞允強(qiáng)教授的對典型的星系旋轉(zhuǎn)曲線計算中，因為沒有采用宇宙學(xué)原理中‘物質(zhì)是完全均勻分布’這個不合理的假設(shè)，而是根據(jù)實際情況采用物質(zhì)在星系中的分布是球隊稱分布，物質(zhì)密度分布是隨距離R而變化的ρ（R），從而可以得到合理的典型星系旋轉(zhuǎn)曲線。這證明Neumann-Zeeliger疑難問題中出現(xiàn)不合理結(jié)果的原因不是出在和牛頓定律有關(guān)的公式div E= - 4πGρ，問題是出在它采用了宇宙學(xué)原理中‘物質(zhì)是完全均勻分布’這個不合理假設(shè)的結(jié)果。如果采用合理的物質(zhì)球隊稱分布假設(shè)，就不會出現(xiàn)什么疑難問題。 在俞允強(qiáng)教授的對典型的星系旋轉(zhuǎn)曲線計算中，用div E= - 4πGρ 這個公式進(jìn)行引力場強(qiáng)度計算時，由于假設(shè)了物質(zhì)密度分布是球隊稱分布，則半徑為R球面外面的物質(zhì)對球面上點的引力場強(qiáng)度E不會產(chǎn)生影響，球面上點的引力場強(qiáng)度E只和半徑為R的球面內(nèi)物質(zhì)的質(zhì)量分布有關(guān)。這是為什么俞允強(qiáng)教授在推導(dǎo)典型的旋渦星系的旋轉(zhuǎn)曲線時，不必考慮星系外的物質(zhì)對旋轉(zhuǎn)曲線計算結(jié)果產(chǎn)生影響的物理基礎(chǔ)。由于在宇觀大尺度上宇宙物質(zhì)分布接近均勻分布，因此對各個層次成團(tuán)結(jié)構(gòu)的中心來說，宇宙物質(zhì)分布也可以看成是球隊稱分布。因此在各個層次成團(tuán)結(jié)構(gòu)內(nèi)的引力場只和這個層次成團(tuán)結(jié)構(gòu)內(nèi)的物質(zhì)分布有關(guān)，和這個層次成團(tuán)結(jié)構(gòu)外的物質(zhì)分布無關(guān)。這也是不同層次成團(tuán)結(jié)構(gòu)的中心可以成為近似慣性系參考點的物理基礎(chǔ)。 例如，在近地衛(wèi)星軌道的計算中，可以用地心作為近似慣性系參考點，其它行星的影響基本上可以忽略不計。在行星軌道的計算中，可以用日心作為近似慣性系參考點。其它恒星的影響基本上可以忽略不計。在星系的旋轉(zhuǎn)曲線的計算中，可以用星系的中心作為近似慣性系參考點。其它星系的影響基本上可以忽略不計。在1933年Zwicky對后發(fā)星系團(tuán)中可能存在暗物質(zhì)的計算中，其它星系團(tuán)的影響也沒有被考慮成是需要計算的。其原因也是因為在比星系團(tuán)更大的宇觀大尺度上，宇宙物質(zhì)分布接近均勻分布。但在星系團(tuán)內(nèi)部物質(zhì)分布并不符合宇宙學(xué)原理的物質(zhì)均勻分布。由此可見，只要對宇宙中物質(zhì)分布根據(jù)實際情況，采用合理的物質(zhì)密度空間分布關(guān)系，牛頓力學(xué)是完全可以應(yīng)用的。愛因斯坦引進(jìn)宇宙學(xué)原理完全是為了用它簡化廣義相對論引力方程。但結(jié)果卻是在得到所謂宇宙學(xué)動力方程時把角動量的作用完全抹殺了，得到完全錯誤的結(jié)果 |
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2樓2010-12-20 08:38:19
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