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[资料] 统一场论(天体物理2)

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liuhsh 发表于 2012-12-28 09:49:43 | 显示全部楼层
 
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henryharry2 发表于 2012-12-29 08:23:43 | 显示全部楼层

天体的自旋

 
天文学家们一直将天体比喻为生命,例如说恒星的一生。完成了引力场量子化后,万有引力表示万有自旋,我们发现,所有天体都有自旋,这说明她们就是生命,不仅仅是一种比喻。

比较一下量子生命与经典生命是有趣的。天体的自旋是不固定的,以白矮星为例,当它的能量充足时,内部温度较高时,自旋可能会快一些;当它的能量耗散的较多,温度降得较低时,自旋就会变得慢一些。从这个意义上说,它们有些像细菌,当环境的能量充足时,细菌会大量繁殖(并发程度较高),自旋得快一些,当然作为个体,其自旋是固定的,考虑了并发因素后,应用爱因斯坦等效原理的量子表述:m/m=1,分子上的m会大一些;当环境中的能量不够时,细菌会处于蛰伏状态,例如月亮上被阿波罗飞船带上去的细菌几年后仍活着。

动物的自旋则与极矢量的自旋有些类似,我们知道,电子和质子的自旋是固定的,它们总是以同样的频率自旋。同样,动物的自旋也是固定的,大体上讲,只与其质量有关,动物一旦有了自旋,就像是骑到了老虎背上,必须一直自旋下去,假如因某种原因(例如人类活动导致其栖息地被破坏)自旋停止了,这个物种也就灭绝了。
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 楼主| henryharry2 发表于 2012-12-30 15:20:20 | 显示全部楼层

太阳风

 
直到20世纪50年代人类对于太阳与地球之间到底在没有物质的问题,较普遍的看法还是:日地之间是略含尘埃的真空,偶尔才会受到来自太阳的微粒或等离子体的干扰。但是观测与研究使科学家们越来越怀疑这种看法的正确性。到了50年代后期,有三个方面的观测分析工作否定了日地之间是略带尘埃的真空的看法。

在太阳时时都有连续的微粒辐射这个新看法还没有得到直接的观测证实之前,科学家们发挥了人类独具的理论分析才能。1958年,美国太阳物理学家帕克,在前人观测研究的基础上,提出了“太阳风”的概念,并从理论上证明了太阳风的存在。他认为,日冕大气同时受到向着太阳内部的重力的作用和向外的热压力的作用,由于日冕的高温,太阳重力不足以把日冕气体吸引在太阳的周围,形成静止状态的大气层,于是日冕气体要连续地向外膨胀成为太阳风。
1962年8月27日水手2号飞船升空,首次对太阳风做了128天的观测,证实了太阳风的存在,证实了帕克预言的正确。其后30多年来,有关太阳风的观测与理论工作得到了快速的发展。人造卫星不但探测了地球附近的太阳风,还探测了深空中的太阳风;不但探测了地球公转轨道平面附近的太阳风,还对太阳极区的太阳风做了探测。
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 楼主| henryharry2 发表于 2012-12-30 15:30:35 | 显示全部楼层

太阳风

 
在地球附近测量的结果表明,太阳风主要由电子和质子组成,也含有一些离子,最主要的是氦原子的核。实际观测到的行星际磁场(即太阳风中的磁场)强度在太阳半径方向上的分量和太阳风粒子流的数密度都与离太阳的距离的平方成反比,这是因为太阳风离开太阳后应遵守质量守恒与磁通量守恒的定律。同时,太阳风的参量在一个太阳黑子周之内也有变化,在太阳黑子数低年时太阳风密度和速度都较高。
在日冕低层,日冕气体膨胀速度较低,随着高度的增加,日冕膨胀速度也迅速增加,一直到距太阳的某个距离附近,往外流的太阳风的速度超过了声音传播的速度。此外,在日冕的物理作用下,日冕磁场与日冕物质是“冻结”在一起的,日冕物质的膨胀也把磁场携带到了行星际空间,形成了行星际磁场。行星际磁场起源并扎根于太阳光球,所以根部也随着光球的自转而旋转,当磁场随物质膨胀到行星际空间时,根部的磁场又已随着太阳自转转过了一定角度。因此,在行星际空间的磁场因起源于太阳而呈现出磁感线被缠绕成螺旋线的形式。
行星际磁场起源于太阳表面,太阳表面的磁场极性也就被太阳风带到了行星际空间。太阳的不同区域有不同的磁场极性,行星际的磁场也就具有了不同的极性。
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 楼主| henryharry2 发表于 2012-12-30 15:43:07 | 显示全部楼层

太阳风

 
从观测知道,行星际磁场在地球轨道平面上常常表现成几个区域,相邻的两个区域具有相反的磁极性。如果一个区域的磁场方向是向着太阳,它两边相邻的区域的磁场就具有背着太阳的方向。这称为行星际磁场极性的扇形分布,也是太阳风磁场极性的扇形分布。几个扇形区的磁性正负相间,相邻的极性相反的区域被磁中性片分隔开,在磁中性片上磁场为零,中性片两侧磁场反向。扇形分布随太阳自转,使得不同磁性的区域以太阳为中心旋转扫过日地空间。所以地球附近的行星际(太阳风)磁场的极性必然随时间而变换,且每次变换时地球都要被磁中性片扫过一次。
太阳风不是平稳地流动,从日面上流出之后就开始了加速,在短时间内加速到超音速的流动。太阳风的磁场测量使我们知道了,太阳风中存在着磁场强度的起伏变化。冕洞发出的太阳风高速流和太阳爆发产生的高速流在低速太阳风中的流动会展现出种种复杂的太阳风结构。在太阳爆发之后,卫星常可观测到太阳风的速度、磁场、密度的跳跃性突变。
太阳风实际上充当了日地之间的联结者,极大地体现了太阳对地球影响的中介,太阳风的观测与研究一直受到太阳和空间物理、地球物理研究者的高度重视。
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 楼主| henryharry2 发表于 2012-12-31 11:33:27 | 显示全部楼层

暗物质的分布

 
银河系大部分暗物质处于其外围,超越了盘的大多数恒星。大多数旋涡星系也是如此。为什么暗物质主要处在银河系外部区域呢?因为它的成分仍然未知,我们尚无确切答案。按照大爆炸理论,假设所有形式的物质在早期是均匀混合的,那么暗物质会比恒星材质失去能量的机会少,它就会留在带着它远离银心的轨道上;由弱相互作用大质量粒子组成的暗晕绝不会把能量作为热辐射掉,所以它必定仍然比气体和星体更扩展。

按照我们的理论,暗物质虽然不会产生电磁作用,但仍会产生热作用,这是因为在轴矢量场中,引力与热运动是对偶的。由于宇宙有拓扑结构,哈勃红移会使光子损失能量,普通的恒星及行星等天体由于质量太大,无法获取这种额外的能量,但是暗物质粒子的质量很小,因而从哈勃红移那里获得了额外的动能,使得它们移动到银河系外围。

这个问题还与太阳系本身的谜题有关。按照银河系暗物质分布的推断,假如太阳系中存在暗物质,也倾向于分布在太阳系的外围。这可以解释海王星的轨道异常问题,类似于天王星轨道异常问题,早期的物理学家假设了海王星外还有大行星,但只发现了冥王星,冥王星质量太小,仍然无法解释海王星轨道异常问题,假如太阳系外围有大量暗物质分布,就不需要大行星。另外,海王星离太阳十分遥远,太阳的辐射鞭长莫及,但海王星上大气活动却异常活跃,假设暗物质可以将能量传递给海王星,也可以导致海王星的巨大风暴。
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 楼主| henryharry2 发表于 2013-1-3 10:11:51 | 显示全部楼层

哈勃极深场

 
如果最亮的星系是通过多代并合形成的,那么在大爆炸理论定义的宇宙历史的早期它们应当非常罕见。但是我们在哈勃极深场中看到,远至红移z~2,即大爆炸理论描述的宇宙年龄小于50亿年之时,非常亮的红星系是很常见的。这些系统的质量多达今天银河系恒星的两倍。它们缺乏年轻蓝星或A型星的深Balmer吸收线,所以这些恒星至少早十亿年形成。少数星系处于z≥6,那里大爆炸理论定义的宇宙年龄甚至不足10亿年,已经显示出强的4000Å跃变。模型告诉我们,它们的恒星年龄至少为1亿年,而看来这些星系已经增长到银河系恒星质量的1/5以上。这是相当意外的。如果这些大爆炸理论描述的早期星系是通过并合形成的,并合过程和早期恒星诞生两者都必须远比今天有效。

最好的办法是放弃大爆炸理论,初看起来,大爆炸理论符合直觉,但随着观测的深入,会有越来越多的观测事实无法用大爆炸理论解释。与其如此,不如少走这些弯路。我们的永恒宇宙论有点违反直觉,虽然开始时显得有点奇怪,但细细品味下去,你就会发现,用我们的理论来解释自然界和宇宙的万物才是最自然的。
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 楼主| henryharry2 发表于 2013-1-4 09:44:43 | 显示全部楼层

暗物质与暗能量

 
在我们的理论模型中,暗物质与暗能量都起源于暗物质粒子。一些理论认为,暗物质粒子的质量≥1GeV。解释椭圆星系和太阳系的起源,都需要有一个剧烈驰豫的过程,假如没有剧烈驰豫,形成巨椭圆星系至少需要10万亿年。质量越轻的粒子越能适应剧烈驰豫,因此我们认为暗物质粒子质量可能只有几MeV。暗物质粒子不像通常认为的那样没有生气,在我们的理论中,它们是大自然制造的精灵,在星系和太阳系产生和演化的过程中,它们起到的是一种类似于催化剂的作用,尽管它们本身不是原料和产物,却能够大大加快各种进程。

如果光子直接与暗物质耦合,不会产生哈勃红移——不符合动量守恒定律。但可以借助宇宙中的对径点上方向相反的光子和暗物质起到耦合作用。对径点实在过于遥远,直接结合成类似于Cooper对的形式不现实,可以借助于量子场论中的虚粒子实现。也就是说,先假设有一个虚的对径点,从宇宙中先借点能量,这样就可以实现光子与暗物质的耦合,光子通过哈勃红移将减少的能量传递给了暗物质粒子。这种唯物的虚粒子产生方式比量子场论中唯心的虚粒子产生方式还是前进了一步,只能从宇宙中借能量再归还给宇宙,而不是凭空产生能量。我们认为,这可以解释为何观测到的宇宙真空密度比量子场论计算的小10的120倍。
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 楼主| henryharry2 发表于 2013-1-4 15:14:09 | 显示全部楼层

星星宇宙谁的年龄大

 
在科学探寻的道路上,充满着迷茫、传奇、诱惑和神秘。常理告诉我们,没有任何一个小孩会比他父母的年龄大。同样,宇宙是母亲,星星是子女,母亲岂能比子女年轻?这个问题缠绕了许多著名的科学家,令他们百思不得其解。

从表面的数值判断,哈勃早期的测量结果证明宇宙的年龄比地球还要年轻。20世纪50年代初,沃尔特•巴得的观测结果证明,宇宙的规模比我们原先认为的要大两倍、年龄也要大两倍。这个结论似乎解决了哈勃遇到的困惑。但是当科学家们开始理解星体运行的机理后,星体的年龄看来比宇宙本身还要老——天文科学遇到一次巨大的危机。1970和1980年代有关这一问题的研究工作和争论一直在继续。1994年和1995年间,哈勃空间望远镜的测量结果打破了人们的期望,测量结果似乎也支持宇宙年龄相对年轻的观点。

虽然John格里宾等科学家似乎获得了“胜利”,假如哈勃红移不是由于宇宙膨胀引起的,而是由于宇宙的自旋引起的,那么这根本就不是一个问题。
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 楼主| henryharry2 发表于 2013-1-5 15:50:45 | 显示全部楼层

在宇宙中发现2号大爆炸

 
对于宇宙来讲,其总体能量是固定的,体积则为3πR立方/8,R是宇宙直径。这个结论应是正确的。因为1998年,天文界发现了远远超过超新星爆炸规模和中子星爆发规模的大爆炸。这就说明局部宇宙可能是由大爆炸形成,而总体宇宙则应是永恒的,各个分区的爆炸也可能随时发生的,但总体来看则是永恒的。

关于美国天文学家发现最强的伽马射线爆发的消息。美国天文学家宣布,1997年12月14日观测到的伽马射线爆发,是迄今发现的最强的一次爆发。它在几秒种的时间里释放的能量远大于超新星或中子星爆发。

天文学家说,被命名为GRB971214的这次伽马射线爆发具有两个新的特点。第一是产生的能量巨大,在爆发后2到10秒钟的时间里,它释放出的能量与整个宇宙中100万亿个恒星在相同时间里所产生的能量大致相当。第二是距离遥远,这次爆发位于距地球120亿光年远的大熊星座,而去年记录到银河系外发生的另一次伽马射线爆发,距离只有大约10万光年。
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