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[交流]
【交流】宇宙学中‘退耦’问题
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宇宙学中‘退耦’问题 1 二答陈学雷先生 在话题帖子‘回顾和展望’中，我发表了一个帖子，题目是‘答陈学雷先生’。主要讨论宇宙学中有关‘退耦’问题。因为这个讨论正在进行中，我认为把它放在话题帖子‘回顾和展望’中不合适。因此另外开了这个话题帖子。 我在帖子‘答陈学雷先生’实际是根据我给天文界各位院士和同行的公开信修改的结果。现在这个帖子是我给天文界各位院士和同行的第二封公开信。因为争论的一方是陈学雷先生的观点都发表在科学网上，而科学网不允许我在科学网上发表我的观点，因此我只好通过电子邮件把我的观点发送给天文界各位院士和同行。因为讨论的问题是宇宙学中重要问题，其体许多网友也感兴趣。因此我把这些电子邮件也在各个网站上贴出。其实所讨论的问题并不神秘，具有基本物理常识的网友都能理解，提出看法和批评意见。现将我给天文界各位院士和同行的‘二答陈学雷先生’电子邮件全文转载如下，欢迎各位网友批评指教。 天文界各位院士和同行， 2010.01.27 给各位‘答陈学雷先生’信件发出后，曹天德先生（tdcao）因为在信件抄送名单中，很快有了反应。他在科学网陈学雷先生文章的评论栏中留下了评论。我看到他的评论后立即给他回复。相互来往有几个评论（见附件）。陈学雷先生也注意到这些评论，并在曹天德先生的评论后面给出回复。陈学雷先生在给曹天德先生评论的回复中，认为我‘好歹也是天文台的研究员，虽说是搞仪器的，但一些基本的天文知识总还应该有吧，怎么说出来的话净闹笑话。’下面请各位看看我是如何‘闹笑话’。 陈学雷先生在给曹天德先生评论的回复中也承认，‘光子与自由电子散射的自由程取决于散射截面与自由电子数密度的乘积的倒数，如果自由电子数密度充分低，这个自由程就比哈勃距离还大’。可是，陈学雷先生在计算‘宇宙在红移10’时和‘宇宙在红移1000’时‘光子与自由电子散射的自由程’时，只考虑了由于宇宙膨胀气体密度变‘稀疏’，不考虑‘退耦’时‘在红移一千多的时候由于等离子体复合，自由电子迅速减少，气体变成透明的’，而在‘宇宙在红移10再电离’时自由电子数目又迅速增加这个事实。到底是谁在‘闹笑话’？我想，这个问题对略有物理常识的人都应当清楚。我不知道我在什么地方‘闹笑话’了。请天文界各位院士和同行指教。因为我没有地方发表我的看法，所以只好把我的看法发表在各个网站上。如果我的看法有错误，请天文界各位院士和同行尽快指出，我好发表声明，收回我的看法。如果我的看法没有错误，希望天文界各位院士和同行能想办法，不要让整个天文界蒙羞。我在给曹天德先生评论的回复中已经提到，国内宇宙学主要专家有景益鹏先生，武向平先生，陈学雷先生。景益鹏先生还是RAA的主编，武向平先生是国家天文台宇宙学课题组首席科学家，陈学雷先生是国家天文台暗物质和暗能量课题组首席科学家，中国宇宙学的研究大权掌握在他们手中。 郑怡嘉 附件： [11] 标题： 发表评论人：tdcao [2010-1-27 17:44:20] 就目前来说，要我平价陈先生的工作是不可能的。就以“如果光子与普通物质粒子（电子）散射的平均自由程远远大于哈勃尺度的话...”此话为例，我就觉得这就令人费解。但是，我的意思是，郑老先生您与其跟“一个人”争论，不如跟“宇宙学”或者其中的某个观点去争论更有意义。这种争论以发表论文作为标志。有了论文，您的成就是任何人都抹不掉的，而持续地同一个人去争，除非对方是科学巨匠而您也成就斐然，否则，将是劳而无功。 博主回复：你不是搞这行的，听不懂很正常，其实上面那句话并不难理解，就是光子与自由电子散射的自由程取决于散射截面与自由电子数密度的乘积的倒数，如果自由电子数密度充分低，这个自由程就比哈勃距离还大了，这个时候光子传播主要是受宇宙膨胀（红移）的影响。反之，光子的传播受气体的影响更大。因此后面这种情况下我们说光子与普通物质是耦合的(coupled)，而前者是退耦的(decoupled), 而自由电子密度以及哈勃距离都是随时间变化的，我在前面的回复里对这两种变化 做了简单的数量级估计，说明为什么在红移10即使气体全部电离辐射和物质也还可以是退耦的。 我倒是很奇怪，郑先生好歹也是天文台的研究员，虽说是搞仪器的，但一些基本的天文知识总还应该有吧，怎么说出来的话净闹笑话。拿曹先生你做的超导那一行打个比方，郑先生的做法，就好比有个人连什么是费米面、或者甚至什么是动量空间这些基本概念都没理解对，却非要根据一些新闻报道中的只言片语写文章评论这个超导机制如何如何、那个超导机制如何如何，让人啼笑皆非。 [12] 标题： 发表评论人：twxz [2010-1-27 21:21:39] 曹天德先生,很高兴看到你的回复。看来南对天文界的情况不太了解。国内宇宙学主要专家有景益鹏先生，武向平先生，陈学雷先生。景益鹏先生还是RAA的主编，武向平先生是国家天文台宇宙学课题组首席科学家，陈学雷先生是国家天文台暗物质和暗能量课题组首席科学家，中国宇宙学的研究大权掌握在他们手中。有关宇宙学问题不和他们争论和谁争论？再电离就是宇宙学的一个重要观点。 |
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7楼2010-02-07 14:12:01
2 网友对陈学雷先生的评论
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2 网友对陈学雷先生的评论 下面是我2010-01-28给天文界各位院士和同行的电子邮件。 科学网网友曹天德先生在陈学雷先生文章‘宇宙再电离’评论栏中和我进行了几个回合讨论。陈学雷先生在其中的一个评论中对曹天德先生的评论作了答复。曹天德先生对陈学雷先生的答复又作了评论。现将这些评论和答复转抄如下（见附件）。供天文界各位院士和同行参考。我希望天文界各位院士和同行不要让懂得基本物理常识的网友，误会天文界各位院士和同行的基本物理常识水平。 附件： [11] 标题： 发表评论人：tdcao [2010-1-27 17:44:20] 就目前来说，要我平价陈先生的工作是不可能的。就以“如果光子与普通物质粒子（电子）散射的平均自由程远远大于哈勃尺度的话...”此话为例，我就觉得这就令人费解。但是，我的意思是，郑老先生您与其跟“一个人”争论，不如跟“宇宙学”或者其中的某个观点去争论更有意义。这种争论以发表论文作为标志。有了论文，您的成就是任何人都抹不掉的，而持续地同一个人去争，除非对方是科学巨匠而您也成就斐然，否则，将是劳而无功。 博主回复：你不是搞这行的，听不懂很正常，其实上面那句话并不难理解，就是光子与自由电子散射的自由程取决于散射截面与自由电子数密度的乘积的倒数，如果自由电子数密度充分低，这个自由程就比哈勃距离还大了，这个时候光子传播主要是受宇宙膨胀（红移）的影响。反之，光子的传播受气体的影响更大。因此后面这种情况下我们说光子与普通物质是耦合的(coupled)，而前者是退耦的(decoupled), 而自由电子密度以及哈勃距离都是随时间变化的，我在前面的回复里对这两种变化 做了简单的数量级估计，说明为什么在红移10即使气体全部电离辐射和物质也还可以是退耦的。 我倒是很奇怪，郑先生好歹也是天文台的研究员，虽说是搞仪器的，但一些基本的天文知识总还应该有吧，怎么说出来的话净闹笑话。拿曹先生你做的超导那一行打个比方，郑先生的做法，就好比有个人连什么是费米面、或者甚至什么是动量空间这些基本概念都没理解对，却非要根据一些新闻报道中的只言片语写文章评论这个超导机制如何如何、那个超导机制如何如何，让人啼笑皆非。 [13] 标题： 发表评论人：tdcao [2010-1-28 7:47:21] （1）我不清楚哈勃尺度，是不是指10^(26)—10^(27)m的数量级。（2）“光子与普通物质粒子（电子）散射的平均自由程远远大于哈勃尺度”，这个“大于”则不可思议。其一，远离恒星，等离子体、因而自由电子密度的确可以极低，但光子与分子散射的平均自由程若是如此之大，则“分子密度”也可“忽略”，何谈再电离？陈先生，我的意思是：我宁愿相信是我不理解、而不认为您错了，因此有前面的评论。 |
2楼2010-02-01 08:00:29
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3 三答陈学雷先生 陈学雷先生，很高兴你 能给曹先生答复并做出具体估算。不过我希望你能把你的答复在天文界公开。对你所说的‘不搞这行’的人来说，他们很可能被我们之间中的一个人的错误解释和计算所‘忽悠’。天文界同行就不那么容易被‘忽悠’。另外，争论是有利学科发展。希望你不要总是摆出一副‘老子天下第一’样子给自己壮门面，别人的不同意见都是在‘闹笑话’。这是心虚的表现。下面谈谈我对你的具体估算的看法。 1． 假设你给出的各种基本数据是完全准确。你对今天的哈勃距离是c/H_0=1.27e 28 cm ,的具体估算没有问题。 2． 但是下面这段话有问题。 当然，随着宇宙的演化，密度和哈勃距离都是可以发生变化的。如果在红移z=9处气体是全部电离的，其密度是2.6e-7 (1+z)^3 = 2.6e-4, 因此自由程是5.8e 27 cm . 如果我们假定宇宙中物质（普通物质加暗物质）的相对密度是Omega=0.25（这是目前测量值），H=H0 * [Omega(1+z)]^1.5,那么在红移9处的哈勃距离是1.27e28/[0.25*10]^1.5=3.2e 27 cm，自由程仍然略大于哈勃距离，但多少会产生一些散射。 在这里你在计算哈勃距离时为什么要乘上一个Omega？你在计算今天的哈勃距离时已经只考虑普通物质，没有考虑暗物质。 3． 一个典型星系团中高温气体的SZ效应就可以明显地破坏宇宙微波背景辐射谱的黑体谱的特性，高温气体会对微波背景辐射的SZ效应作用主要通过逆康普顿散射把高温气体中电子的能量传递给微波背景辐射中的光子。因此微波背景辐射中低能量的光子数目减少，而高能量的光子数目增加。这样微波背景辐射的谱就发生变化，辐射谱的峰值向高频端移动，原峰值高频端的光子数目增加，而低频端的光子数目减少。因此高频端对应的辐射温度提高，而低频端对应的辐射温度降低。星系团中高温气体的SZ效应已为天体物理学家所承认，你怎么能认为微波背景辐射和宇宙空间中的高温电离气体气体已经‘退耦’了？ |
3楼2010-02-03 07:35:58
4 和网友的讨论
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4 和网友的讨论 在‘三答陈学雷先生’中我已指出，你对‘在红移9处’的‘哈勃距离’计算有问题。当时我只指出他在计算中乘上一个Omega不合理。后来科学网上署名大傻的网友在陈学雷先生博文‘宇宙再电离’中留下支持陈学雷先生观点的评论，同时又指出陈学雷先生在计算时存在的‘笔误’。根据署名大傻网友给出的理论公式， H=H0*[Omega_m*(1+z)^3+Omega_Lambda]^0.5，Omega_m=0.25, Omega_Lambda=0.75, 在高红移上面式子近似就是H=H0*Omega_m^0.5*(1+z)^1.5 ，陈学雷先生对红移为9时的哈勃距离的量级计算有笔误。按照署名大傻的网友给出的公式，哈勃距离只有陈学雷先生给出的数值的1/4。，哈勃距离随红移增大而变小，宇宙的视界是变的，视界内的物质不守恒。陈学雷先生给出的哈勃距离虽然数值不对，但‘光子自由程’仍然大于‘哈勃距离’的结论是对的。 不过我认为由于‘哈勃距离’和‘光子自由程’之比值就是陈学雷先生后面提到的‘描述这个散射多少的量是所谓光学深度’，因此陈学雷先生认为在光学深度约为0.01这种情况下，可以认为‘微波背景辐射光子与自由电子’已经完全‘退耦’了在物理上仍然是说不通的。对‘退耦’的理解不能只停留在在‘光学深度’比1小的范围内。以太阳附近的色球层和日冕为例。根据C.W.Allrn的‘Astrophysical Quantities’,通常把光学深度为1的地方定义为太阳的光球表面，h=0。在太阳的光球表面上方h=278公理的色球层内，它的光学深度已降低到0.01。可是在日全食时，用肉眼我们就可以看到这个色球层散射的太阳光，你能认为色球层中的自由电子已经和太阳光完全‘退耦’了吗？即使在太阳的光球表面上方h=2000公理的日冕处，它的光学深度已降低到0.0000001，在日全食时，用照相机也可以拍到它散射的太阳光，你能认为日冕中的自由电子已经和太阳光完全‘退耦’了吗？ |
4楼2010-02-05 07:27:51