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  • 发布时间:2016-01-12 22:33 | 作者:yc | 来源:互联网 | 浏览:1200 次
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    图6-1左图注解大年夜爆破今后,因为质量密度的不一样而形成了三种不一样的国际演化模型

    6-引力悖论

    引力理论的两个里程碑,分袂由牛顿万有引力定律和爱因斯坦广义相对论为根底而树立国际学中也分袂有牛顿的国际模型以及今世物理中以大年夜爆破学说为代表的国际规范模型

    牛顿国际学以为国际是静态和无限的,而且服从平均各向同性的国际学道理这种静态无限的传统国际不雅,看起来大略清楚明了,似乎大略被人遭遇,但却也发生发火了不少佯谬,除了上一篇先容的夜黑佯谬以外,还有引力佯谬,以及与热力学有关的热寂说佯谬等

    引力佯谬也叫本特利(Bentley)悖论【1】,因为它最起头是由与牛顿同期间的一个年青神学家本特利提出来的

    昔时(1692年)的本特利刚刚30出面,年纪轻轻便担负重担,成为基督教的布道者本特利感兴趣用牛顿的理论来对立无神论者,因为牛顿的系统契合基督教教义,提醒出了一个安稳、无限、调和事情的国际为此他写信向牛顿叨教一个心中的疑问:要是国际是无限的,而重力又总是体现为招引力,那么,统统物质终究该当被招引到一同,无限大年夜的引力将使得整个国际发生发火爆破或撕裂

    在给本特利的复书中,牛顿招供自个的理论在这个疑问上发生发火悖论,但他将谜底交于天主,牛顿在信中说:“需求一个继承赓续的奇不雅来避免太阳和恒星在重力效果下跑到一块儿”,又说:“行星现有运动不光仅因为某个天然的身分,而是来自于一个万能操纵的推进”

    引力悖论提醒出将重力理论利用到整个国际时所发生发火的对立能够以地球为基地来剖析这个疑问因为国际是无限的,类似于“夜黑佯谬”的说法,在任何一个偏向,都有无限多的星球在招引着地球,总引力的协力是无限大年夜不过,引力的状况与光照的天气有所不一样的是,在与立体角相反的偏向上,也有无限多的星球是在往反偏向招引地球两个无限大年夜的力相减,成果似乎不确定

    引力悖论也经常被称为西利格尔佯谬,得名于距牛顿200年今后的德国地舆学家西利格尔(Seeliger,1849—1924)西利格尔以为【2】,即便两个相对立顶立体角的引力互相抵消了,大概使得协力为0,但场中的引力势也并不会为0,而是趋向无穷大年夜

    数学上来说,已然国际从全体看来是平均和各向同性的,那么,咱们能够用一个平均各向同性的实心物质球为模型来研讨引力悖论

    将万有引力定律利用于实心球模型,解泊松方程并进行一些大略代数运算,在实心球的内部基地点,可获得引力的协力为0但引力势并不为0,引力势与实心球的半径(即国际的半径R国际)成正比,对无限国际而言,引力势便趋向无穷大年夜,是以整个国际将是不安稳的,并很快塌缩

    依照其时咱们的主NT老虎机网址见,坚持一个静态而稳恒的国际很主要,是以,西利格尔曾妄图修正牛顿引力公式来处置惩罚这个对立,可终究未能成功广义相对论树立今后,也面临着相同的疑问这就使得爱因斯坦1917年在场方程中加进了国际常数一项,爱因斯坦以为这么就能获得国际的静态解但就在同一年,荷兰物理学家德西特证实加上了国际常数的场方程不光有静态解,也有动态解再后来弗里德曼指出爱因斯坦的静态解是不安稳的,国际是胀大年夜的爱因斯坦一路头置疑弗里德曼算错了,直到哈勃的不雅测成果证实国际确凿在胀大年夜,又感想熏染忏悔莫及

    那么,国际到底是有限的仍是无限的?洞开的仍是闭合的?

    图6-1:三种国际模型

    能够从由广义相对论导出的弗里德曼方程来评论争论这一疑问依据弗里德曼的理论,国际的外形有三种大概性:洞开、闭合、平整,取决于国际的质量密度更正确地说,是取决于国际的质量密度与临界质量密度的比值W0(相对质量密度)如图6-1右所示,临界质量密度:

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    r0 = 3H2/8pG

    界说为当设定国际常数为0时发生发火平整的弗里德曼度规的质量密度以上r0的表达式中,H为如今的哈勃参数,G是万有引力常数这个临界质量密度大年夜概是多大年夜呢?据说大年夜约是每立方米三个核子(质子或中子)这些模型预测了国际的将来当W0>1的时分,说明国际中的物质知足多,将发生发火知足大年夜的重力,在必定的时分将使国际中止胀大年夜,起头缩短,毕竟成为与大年夜爆破进程相反的大年夜揉捏,让国际回覆到爆破出生时的炙热状况反之,当W0的时分,没有知足的质量发生发火知足的重力来使得物质坚持在一同,是以国际将永无止境地胀大年夜,也有大概终究走向“热寂”前面所述的这两种状况似乎都邑使得咱们对国际的将来忧心如捣,只管像是在杞人忧天,但咱们总期望给国际一个好一点的终局第三种平整国际,对应于W0=1,则介于上述两种天气之间

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    咱们的国际归于哪一种模型?实际上,直接测量与预算国际的平均密度紊乱而艰巨,能够预算的,顶多也仅仅可见物质构成的星体对平均密度的奉献反之,从现有的地舆不雅测材料,地舆学家们获得大年夜规模内的国际是根本平整的定论这个平整无限然则动态的国际图景,总算让咱们心情舒畅了一些

    平整国际需求知足(W0=1),也等于说,总的物质密度要即是临界密度但从不雅测材料获得的发光物质的密度不逾越临界密度的1/10加上看不见,但明显体现出引力效应的暗物质,能抵达百分之二十几,依然远远不敷抵达临界密度,残剩的便只好请“暗能量”老师来增补了

    在此弄清几点对大年夜爆破和无限国际的误解一是大年夜爆破并不是发生发火在空间中的某一点,而是发生发火在三维空间的统88真人统点要是对空间曲率为0的平整国际模型,便是发生发火在整个“无穷大年夜空间”的时候奇点上因为咱们运用的是平整三维空间国际模型,其空间曲率总是为零,但时空曲率不会总是0实际上,在大年夜爆破发生发火时的那个奇点,时空曲率为无限大年夜三维空间只管是平整的,但温度却是无限高,质量密度无限大年夜,爆破发生发火在空间的每一点大年夜爆破今后,时空胀大年夜,奇点转为正常的时空点温度下降,质量密度下降,时空曲率减小(空间曲率不停为0),原先体积等于无穷大年夜的国际空间继承赓续胀大年夜

    其余,需求把国际大概的三种演化模型与“可不雅测国际”差异开来不管国际模型料想的国际是有限仍是无限,可不雅测国际总是有限的就咱们所知,依据对国际微波布景的不雅测,大年夜爆破理论估量的国际年编大年夜约为137亿年而光传达的速率有限,是以咱们能够不雅测到的国际规模是有限的因为咱们能够探测到的最早的光是某些星球在137亿年之前发射出来的,光波发射今后,这些星球(星系)与地球之间的空间又颠最后137亿年的“胀大年夜效应”依据国际胀大年夜的模型以及地舆不雅测获得的哈勃参数,能够预算出这些星系如今离咱们的距离这个距离远远逾越137亿光年,大年夜约是465亿光年摆布

    将这个距离(465亿光年)为半径,地球为基地,可作一个球面球面围住的三维空间便是咱们的“可不雅测国际”,球面是可不雅测国际的鸿沟,称之为“视界”,或已往视界

    视界以外是什么?是“可不雅测国际”的继续,或许有限或许无限,依据图6-1中的W0而定只管其间星球发射的光波暂时还抵达不了地球,但它该当与咱们能看到的国际有些迥然不合,因为咱们以为整个国际是处处平均且各向同性的,这是国际学道理的根本假定

    已然视界以外的器械不雅测不到,何不让幻想力只管即便飞翔疾驰,也包孕幻想一个多国际的图景多国际模型以为,除了咱们可不雅测到的国际以外,还有许多个不雅测不到的其余国际“存在”要是这个幻想的模型对讲解咱们在“这个”国际获得的不雅测材料或许理论有帮忙的话,又未尝弗成呢?

    参考材料:

    【1】Bentley's paradox:

    https://en.wikipedia.org/wiki/Bentley%27s_paradox

    【2】Seeliger, Astronomische Nachrichtungen, 137 (1895), 129

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