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twxz木蟲 (正式寫手)
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[交流]
【交流】牛頓力學和宇宙學原理 已有1人參與
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牛頓力學和宇宙學原理 標準宇宙學模型理論認為，Neumann-Zeeliger疑難的存在說明牛頓力學不適合宇宙學研究。在其它有關‘廣義相對論’的書中，對Neumann-Zeeliger疑難還有另外一種和俞允強教授不同的討論方法。這就是用類似靜電學方法，引進引力場強度概念E。這樣根據(jù)牛頓力學我們可以得到div E= - 4πGρ。如果我們以坐標原點為球心，建立一個半徑為R的球面，并假設宇宙中物質是均勻分布，則在這個球面上的引力場的方向是垂直于球面指向球心，即坐標原點。對div E= - 4πGρ在半徑為R的球面所包含的球體內進行體積分，則有E 4πR^2= - 4πGρ(4π/3)R^3。由此我們可以推出E∝ρR。如果承認宇宙是無限的，則R->∞， E->∞。因此有人認為，這意味著空間在每一點的引力強度都是無窮大。我認為這樣解釋是有問題。根據(jù)E∝ρR，對坐標原點R=0，引力場強度E應當為0。只有在離坐標原點的距離R趨于無窮大時，引力場強度E才趨于無窮大。 顯然，得到這樣的結論是不合理的。因為它表明，空間中各個空間點的引力場強度和計算時所取的坐標原點的選擇有關。這說明前面的推導方法有問題。標準宇宙學模型認為，出現(xiàn)這種不合理的情況是由于牛頓引力定律在宇宙學研究中失效了，不承認‘宇宙中物質是均勻分布’這個宇宙學原理假設可能存在問題。我認為情況恰好相反，是‘宇宙中物質是均勻分布’這個宇宙學原理假設是不合理的，這才導致了這個不合理結論的出現(xiàn)，牛頓引力定律在宇宙學研究中并沒有失效。 俞允強教授在‘熱大爆炸宇宙學’一書中對典型的旋渦星系的旋轉曲線的計算也是根據(jù)div E= - 4πGρ 這個公式計算出來的。計算的結果如下圖。  標準宇宙學模型就是根據(jù)這個結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的研究中是沒有問題的。以牛頓力學為基礎的天體力學現(xiàn)在仍然是現(xiàn)代天文學中計算天體運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)不合理結果。 在對Neumann-Zeeliger疑難的討論中，既然根據(jù)牛頓力學用div E= - 4πGρ 這個公式不存在問題，那問題應當出在后面的推導中。由于在對Neumann-Zeeliger疑難后面的討論中，實際上采用了宇宙學原理的假設‘宇宙中物質是完全均勻分布’，所以物質密度ρ是個常數(shù)。這才得到了E∝ρR這個關系對所有R的值都成立的結果，從而推導出當R->∞，則 E->∞，即引力發(fā)散。在俞允強教授的對典型的星系旋轉曲線計算中，因為沒有采用宇宙學原理中‘物質是完全均勻分布’這個不合理的假設，而是根據(jù)實際情況采用物質在星系中的分布是球隊稱分布，物質密度分布是隨距離R而變化的ρ（R），從而可以得到合理的典型星系旋轉曲線。這證明Neumann-Zeeliger疑難問題中出現(xiàn)不合理結果的原因不是出在和牛頓定律有關的公式div E= - 4πGρ，問題是出在它采用了宇宙學原理中‘物質是完全均勻分布’這個不合理假設的結果。如果采用合理的物質球隊稱分布假設，就不會出現(xiàn)什么疑難問題。 在俞允強教授的對典型的星系旋轉曲線計算中，用div E= - 4πGρ 這個公式進行引力場強度計算時，由于假設了物質密度分布是球隊稱分布，則半徑為R球面外面的物質對球面上點的引力場強度E不會產(chǎn)生影響，球面上點的引力場強度E只和半徑為R的球面內物質的質量分布有關。這是為什么俞允強教授在推導典型的旋渦星系的旋轉曲線時，不必考慮星系外的物質對旋轉曲線計算結果產(chǎn)生影響的物理基礎。由于在宇觀大尺度上宇宙物質分布接近均勻分布，因此對各個層次成團結構的中心來說，宇宙物質分布也可以看成是球隊稱分布。因此在各個層次成團結構內的引力場只和這個層次成團結構內的物質分布有關，和這個層次成團結構外的物質分布無關。這也是不同層次成團結構的中心可以成為近似慣性系參考點的物理基礎。 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)星系團中可能存在暗物質的計算中，其它星系團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更大的宇觀大尺度上，宇宙物質分布接近均勻分布。但在星系團內部物質分布并不符合宇宙學原理的物質均勻分布。由此可見，只要對宇宙中物質分布根據(jù)實際情況，采用合理的物質密度空間分布關系，牛頓力學是完全可以應用的。愛因斯坦引進宇宙學原理完全是為了用它簡化廣義相對論引力方程。但結果卻是在得到所謂宇宙學動力方程時把角動量的作用完全抹殺了，得到完全錯誤的結果 |
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2樓2010-12-20 08:38:19
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