Phi:对于燃烧现象,在17世纪的欧洲曾盛行一种认识,认为燃烧是因为物体中存在着“燃素”。这当然属于那时人们对燃烧这种放热发光的化学反应缺乏科学了解而形成的错误认识。从20世纪20年代直至21世纪的今天,物理学家们在此100多年间因对宇宙膨胀物理机制缺乏真正了解,认为宇宙膨胀缘于一种所谓的“暗能量”,是暗能量在推动着宇宙膨胀并加速膨胀。我不知道暗能量这个词汇是谁发明的,只是出于好奇,为什么不干脆叫“宇宙膨胀素”呢?
Phy: 宇宙膨胀发生于宇宙各处并沿所有方向进行,并具体表现为星系退行运动和空间膨胀。宇宙膨胀现象已被大量天文观测所证实,这种普遍性现象在强烈表明,宇宙中必然存在一种基本的排斥作用。对于这种排斥所用及其产生的物理机制,物理学理论包括相对论、量子力学、弦理论都未能给予揭示。物理学基础理论已明显滞后于天文观测发现,已不能满足物理学家们对新的天文观测现象给出正确解释之需要。在这个大背景下,物理学家在理论上引入暗能量试图解释宇宙膨胀现象,至于暗能量是什么却不得而知,这显然是一个权宜之计。我接受你在“难道太阳系是一个例外?”讨论中对我们物理学家给出的那个建议: 出现已有理论不能解释的宇宙现象,很可能受限于理论自身的局限性甚至荒谬性,而不应急于甚至随意地增加实体予以应对。
Phi:不需要引入暗物质和暗能量假设,通过物理学基础理论自身合乎逻辑地发展自然而然地获得对引发宇宙膨胀这种排斥作用的认识,并据此发现宇宙膨胀的原动力,进而实现对宇宙膨胀现象的物理学描述。如此这般,方可彰显理论物理学之本色和风范。
Phy: UPHY在此方面作出了非常有价值的理论探索,并获得了一些理论结果,诸如绝对力(万有斥力)、宇宙膨胀机制、合力范数作用、宇宙膨胀常数一般解和今天解、哈勃定律的修正公式等。这五个结果都是CST模型的自洽性推论,并与该模型其它推论完全兼容,并没有引入暗物质和暗能量这两个理论假设,
Phi:这五篇文章我抽空看,你先扼要介绍一下。
Phy: 绝对力或万有斥力是所有物体之间存在的一种相互作用力,万有斥力和万有引力是一对作用力和反作用力,它们大小相等,作用方向相反,并共同产生于任意两物体之间超距辐射的引力子流。万有斥力作用方向沿任意两物体中心连线并指向对方物体,使得此两物体相互远离。万有斥力公式可根据引力子流辐射能量方程导出,其数学形式与万有引力公式相同,只是少了一个负号。
Phi万有斥力使得任意两物体相互远离?如果是这样,那么我们就应该观察到这种普遍现象,但实际上并没有。
Phy: 任何物体均同时具有两种机械运动状态:相对运动和绝对运动。在宇宙中任意选定一位置且在万有引力作用下,物体的绝对运动呈现为相对于该位置的相对运动。因现实观察者总是处于相对运动状态进行观察,所以容易发现由万有引力产生的物理效应。任意两物体之间的万有斥力引起的物理效应则隐秘于物体的绝对运动状态之中,难以被处于相对运动状态之中的观察者直接察觉,其作用是为合力范数作用做出一份贡献。我猜测,这是UPHY作者将万有斥力称为绝对力的原因。
Phi:既然在相对运动状态下不能直接观测到由万有斥力产生的物理效应,我们又如何证实万有斥力是一种真实的物理作用呢?
Phy: 天无绝人之路。在物体的绝对运动状态中,相对运动的方向不再有意义,因而绝对力不是矢量而属于物理量范数,因而宇宙全部物质对其中任一物体的绝对力之和不是矢量和而是代数和。这种由宇宙全部物质对其中任一物体产生的绝对力之代数和形成了一种物理作用,并导致在相对运动状态中出现可观测的物理效应。
Phi:什么物理效应?什么物理作用?
Phy: 正是空间膨胀和星系视向退行运动。这两种物理效应均动力于一种新的物理作用---合力范数作用。UPHY是这样表述合力范数作用的:宇宙所有物质对其中任一物体的绝对力之代数和是该物体的合力范数。将宇宙全部物质对其中任一物体的这种物理作用定义为合力范数作用。任一物体的合力范数等于该物体所含引力子数量与第二引力子力之积。任一物体在合力范数作用下产生绝对运动并保持绝对运动速度等于恒量速度。UPHY通过合力范数作用方程及合力范数作用运动方程对这种物理作用给出了数学表达。根据这两个方程给出的物理学解,可获知:
▲所有天体(星系或星体)的视向退行运动均是合力范数作用和引力作用共同产生的现象。合力范数作用使得所有天体产生绝对运动并保持绝对运动速度等于恒量速度(光速常数)。相对于宇宙中的任一观察者,越是距离遥远的天体,由合力范数作用产生的可观测效应越发明显,并表现为天体相对运动速度(视向退行运动速度)越大,对于相距为宇宙半径的天体,其退行速度严格等于恒量速度。
▲在宇宙中任意选取一位置进行观察,在引力作用下所有天体的绝对运动随即呈现为它们相对于该位置的全部相对运动,且所有天体的相对运动随观察位置不同而异。越是远离观察者,被观察天体的合力范数作用越发占据主导地位,天体越是表现出绝对运动特征,并表现出仅根据引力而无法解释的天体运动现象。若观察距离等于宇宙半径,则被观察天体完全呈现出绝对运动特征,并表现为或以恒量速度退行,或以恒量速度做螺旋式运动;反之,越是接近观察者,被观察天体所受引力作用的影响越发显著,越是表现出由引力主导的相对运动特征。
▲空间膨胀是一种表观现象,实为真空的扩张运动。真空由引力子和三维空间组成,是一种以三维空间为其显著物理特征的物质(空间型态物质)。空间膨胀的根本原因是宇宙中物质随CST过程的不断发生而持续产生并增加,宇宙的物质产生速率恒定并等于恒量质量与恒量时间之比,且等于4.0452*10^35kgs^-1。空间膨胀动力于真空中每一引力子的合力范数。空间膨胀速度等于真空扩张速度且等于恒量速度。真空的扩张运动具体表现为真空具有的两种绝对运动形式:真空以恒量速度做平动运动;真空以恒量速度且以宇宙半径为转动半径做轨道转动运动。
▲空间膨胀发生于宇宙空间各处,并沿所有方向进行。在宇宙空间各处均存在一维空间恒定增长率且等于恒量速度,即空间膨胀速度保持恒定且等于光速常数。
Phi:Excellent! 总体上看,宇宙膨胀的根本原因是宇宙中的物质随CST过程不断发生而持续产生并增加,其动力学原因是宇宙全部物质对其中任一物体的共同作用---合力范数作用。空间膨胀实为真空的扩张运动并动力于真空中每一个引力子的合力范数,属于合力范数作用引发的运动学效应。空间膨胀发生于宇宙空间各处并沿所有方向进行,其膨胀速度恒定且等于光速常数;在持续膨胀的三维空间中,天体(星系和星体)在合力范数作用和引力的共同作用下产生另外一种运动学效应并形成一种可观测的系统性运动---星系退行运动。
Phy: Marvelous! 你对宇宙膨胀给出的这个物理学概括很到位啊。此外,不仅是空间膨胀,星系退行运动也是沿所有方向进行。这取决于观察者在宇宙中的位置,并缘于绝对运动与相对方向无关,或者,绝对运动对于所有相对方向都是一样的。宇宙膨胀速度小于或等于光速常数;空间膨胀速度恒等于光速常数;天体视向退行速度小于或等于光速常数,最大值等于光速常数且发生于相对距离等于宇宙半径处。
Phi:有理论观点认为,空间膨胀速度可以超光速。这种观点显然不成立,因为空间不能脱离物质而单独存在,宇宙空间实际上是真空,真空是物质,是一种质量密度最小的物体,而任何物体的运动速度,无论相对运动速度还是绝对运动速度,均小于或等于光速偿常数,均不能大于恒量速度。
Phy: 现代宇宙学以广义相对论作为基础物理理论,该理论认为物体运动速度极限是光速常数。凡是将广义相对论作为基础物理理论的宇宙模型都不应得出物体和空间超光速运动的结论,否则就是出尔反尔,不讲道理,因GR基本信条之一是光速(常数)是物体运动速度的极限。UPHY虽然不以广义相对论作为基础物理理论,但它得出的所有结论也不支持物体超光速运动,不支持空间超光速膨胀。
Phi:哈勃定律是一个实验定律,也是现代宇宙学描述星系退行速度的理论依据。UPHY为什么要对哈勃定律进行修正?
Phy: 有两个原因。第一,哈勃定律是是基于大量天文观测数据总结得出,反映了星系视向退行速度与相对距离之间的一种线性关系,即星系视向退行速度等于哈勃常数与相对距离之积。目前对哈勃常数的测定值介于67kms^-1至71kms^-1每百万秒差距之间(注:秒差距是天文学距离单位,一秒差距等于3.0856*10^16米)。如果采用哈勃常数这个测定值,就必然得出在宇宙半径处天体退行速度大于光速的计算结果。这暴露出哈勃常数测定值一定存在问题,并由此导致使用哈勃定律给出的计算结果不准确,因此需要对哈勃定律进行修正。UPHY对哈勃定律的修正并没有改变退行速度与距离之间的正比关系,而是将哈勃常数由宇宙膨胀常数进行替换,并得到哈勃定律修正公式。该修正公式表明星系退行速度在任何距离都不会大于光速常数,且在宇宙半径处准确等于光速常数。第二,根据UPHY第二定律可获得宇宙诸物理量统一解,该统一解有30余个分项解,其中包括宇宙膨胀常数一般解和今天解,所有这些分项解相互兼容且出自相同方程,诸分项解精度均与宇宙微波背景辐射温度的精度相同,因而宇宙膨胀常数的一般解和今天解是可靠且准确的。宇宙膨胀常数一般解显示,宇宙膨胀常数量值与宇宙量子数成反比,这表明宇宙膨胀常数随宇宙演化进行在缓慢减小,而哈勃定律中的哈勃常数则是一个不变常数。
Phi:宇宙膨胀常数今天解等于多少?
Phy: 今天宇宙膨胀常数等于29.6171kms^-1每百万秒差距,或29.6171kms^-1Mpc^-1,比哈勃常数小不少。UPHY还给出了今天宇宙膨胀常数的年变化量为-8.9*10^-10kms^-1 Mpc^-1,即今后100亿年的变化量仅为-8.9kms^- Mpc^-1,可见其变化非常缓慢。因而可将今天宇宙膨胀常数近似为一个常数,其物理学有效期与今天宇宙常数相同:今后4万2千年。
Phi:宇宙膨胀原来是如此稳定!通过难道太阳系是一个例外?一文讨论,我已获知:全部真空占宇宙总物质的93.88888888…% 、所有团状物质占宇宙总物质的6.11111111…% 。现在我又获知:合力范数作用是宇宙膨胀的原动力。Such wonderful! How extraordinary! 在物理学上空已持续一个世纪的两朵乌云正在散去,物理学天空又是清澈蔚蓝,阳光普照!