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宇观场作用论
胡昌伟
自古至今,所有的宇宙学说都可归结为“中心宇宙说”。
最早,人类把自己生存的大地看作是宇宙的中心,如我国古代的“盖天说”等:后来,人们认识到,大地是球形的,于是出现了“地球中心说”;哥白尼突破了这种偏见,将宇宙的中心移到了太阳上。后来,人们渐渐意识到,太阳系之上有银河系,而银河系之上又有星系团,如此等等,于是产生了“等级式宇宙说”。这一学说承认宇宙是无限的,但它把实物看作物质的唯一的基本存在形式,而人们早就知道有不同于实物的“场”形式的物质存在,可见“等级式宇宙说”是一种“实物中心宇宙说”。牛顿把引力场推上了宇宙说的舞台,爱因斯坦进一步把引力场方程当作宇宙方程而奠定了现代宇宙学的基础。那么,现代宇宙学是否也是一种“中心宇宙说”呢?并不例外。
实际上,已知的力场有好几种,其中一些主要的力场,它们的作用有着明显的区间性:在夸克之间,色场(强相互作用)起着主要作用;在原子世界,电磁场占着主导作用;引力场的作用在微观世界是微不足道的,到了太阳系世界,它才成了支配天体运行的主宰。既然,引力场不能在宇宙小的方面发挥作用,怎能认为它在宇宙大的方面能独霸宇宙呢?微观、宏观和宇观是人为规定的,人类的生存空间决不是宇宙大的方面和小的方面的绝对分界线。因此,引力场不是宇宙场,它只是一种宏观场,在宇观空间,还会存在着不同于引力场的宇观场。所谓宇观天体的“质量缺失”现象,就是存在着宇观场作用的反映。而现代宇宙学只是种“引力场中心宇宙说”。
宇观天体的动力学貭量远大于光度质量,这就是宇观天体的“质量缺失”现象。它的实质是:根据可见天体的质量,运用万有引力定律不足以解释可见物质的运动状态。对此,当前大多数学者认为,万有引力定律不容置疑,这种现象是存在着暗物质的缘故。经过进一步的分析,暗物质论认为,暗物质中的大多数,是由不参与强相互作用和电磁相互作用的粒子所组成,它们大多数还只是一些假想性的东西,因此,这暗物质论还带着一个大大的问号;也有人认为,在宇观世界,应该对万有引力定律作适当的修正,从而可以避免引入暗物质,这是以往的暗物质替代理论的基本思想。其中,最有代表性的,是以色列物理学家Mordehai
Milgrom于1983年提出的“牛顿引力动力学修正理论”(MOND理论)。在这里,他引入了一个常数,当引力加速度大于
时,万有引力定律照常成立(即引力与加速度成正比);当引力加速度小于时,引力就与加速度的平方成正比了。这一修正理论能很好地复现观察数据,而且,在有些方面还优于暗物质论。不过,它缺乏基础性的理论依据,只是一种为了解释已知的观察数据而建立起来的“现象性理论”。而且,它对富星系团内部的“质量缺矢”现象等也无法作出解释。可见,这一修正理论是不完整的。
本文认为,MOND理论和暗物质论有一个共同点,那就是它们都认为引力场是能够支配宇宙中所有物质运动的宇宙场。只是,前者认为万有引力定律是全面适用的,而后者认为万有引力定律在宇观世界要作一定的修正。本文则认为:引力场不是宇宙场,它只是一种宏观场。
那么,如何来表达宇观场的作用呢?下面来作下尝试。
由于存在有效半径,二个物体之和的宇观荷必将大于这二个物体的宇观荷之和。
宇观场是有源场,当宇观荷的分布成球对称时,在有效半径内,它的强度可以如电场那样来求:
的引力与加速度的平方成正比,以及速度的4次方与质量成正比的关系式,这些都与观察数据相符。显然,MOND理论是在宇观场的作用远大于引力场的作用,而且,后者可以略去不计时的一种近似。
这表明,以前人们了解的天体质量,其实并不是纯粹的引力质量,其中还包含着由宇观力的作用造成的“宇观质量”。对于太阳这样的天体,宇观质量远小于引力质量,而对于银河系这样的天体,宇观质量将远大于引力质量。
以往,人们根据太阳等天体的运行情况来计算银河系的主体的质量,这实际上是将银河系主体内部的宇观场的作用(宇观质量)当作了引力场的作用,而银河系外围的宇观场的作用则被看作是暗物质的作用,这就是产生暗物质分布在星系外围的“假像”的原因。
本文用宇观场的作用来解释宇观天体的“质量缺失”现象,具有一定的基本性,而且,在表达形式上也包容了MOND理论。
宇观荷不是存在于实物中,而是分布在引力场中,这是很奇特的。不过,正如微观世界的物质现象同宏观世界大相径庭一样,宇观世界也存在着人们难以理解的现象。而且,可以这样说:人们持着宏观的思维定势,已经曲解了许多宇观现象,暗物质论只是其中一例而已。
参考文献
Mordehai Milgrom,MOND理论质疑暗物质,科学,2002年10期,56-63页
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