[交流] 【交流】牛顿力学和宇宙学原理 已有1人参与

牛顿力学和宇宙学原理 标准宇宙学模型理论认为，Neumann-Zeeliger疑难的存在说明牛顿力学不适合宇宙学研究。在其它有关‘广义相对论’的书中，对Neumann-Zeeliger疑难还有另外一种和俞允强教授不同的讨论方法。这就是用类似静电学方法，引进引力场强度概念E。这样根据牛顿力学我们可以得到div E= - 4πGρ。如果我们以坐标原点为球心，建立一个半径为R的球面，并假设宇宙中物质是均匀分布，则在这个球面上的引力场的方向是垂直于球面指向球心，即坐标原点。对div E= - 4πGρ在半径为R的球面所包含的球体内进行体积分，则有E 4πR^2= - 4πGρ(4π/3)R^3。由此我们可以推出E∝ρR。如果承认宇宙是无限的，则R->∞， E->∞。因此有人认为，这意味着空间在每一点的引力强度都是无穷大。我认为这样解释是有问题。根据E∝ρR，对坐标原点R=0，引力场强度E应当为0。只有在离坐标原点的距离R趋于无穷大时，引力场强度E才趋于无穷大。 显然，得到这样的结论是不合理的。因为它表明，空间中各个空间点的引力场强度和计算时所取的坐标原点的选择有关。这说明前面的推导方法有问题。标准宇宙学模型认为，出现这种不合理的情况是由于牛顿引力定律在宇宙学研究中失效了，不承认‘宇宙中物质是均匀分布’这个宇宙学原理假设可能存在问题。我认为情况恰好相反，是‘宇宙中物质是均匀分布’这个宇宙学原理假设是不合理的，这才导致了这个不合理结论的出现，牛顿引力定律在宇宙学研究中并没有失效。 俞允强教授在‘热大爆炸宇宙学’一书中对典型的旋涡星系的旋转曲线的计算也是根据div E= - 4πGρ 这个公式计算出来的。计算的结果如下图。 标准宇宙学模型就是根据这个结果推断出在星系半径外存在有暗晕。从这里我们可以得看到，牛顿引力定律在宇宙学的研究中是没有问题的。以牛顿力学为基础的天体力学现在仍然是现代天文学中计算天体运动的不可缺少的工具。下面我们具体分析一下为什么在对Neumann-Zeeliger疑难问题的讨论中会出现不合理结果。 在对Neumann-Zeeliger疑难的讨论中，既然根据牛顿力学用div E= - 4πGρ 这个公式不存在问题，那问题应当出在后面的推导中。由于在对Neumann-Zeeliger疑难后面的讨论中，实际上采用了宇宙学原理的假设‘宇宙中物质是完全均匀分布’，所以物质密度ρ是个常数。这才得到了E∝ρR这个关系对所有R的值都成立的结果，从而推导出当R->∞，则 E->∞，即引力发散。在俞允强教授的对典型的星系旋转曲线计算中，因为没有采用宇宙学原理中‘物质是完全均匀分布’这个不合理的假设，而是根据实际情况采用物质在星系中的分布是球队称分布，物质密度分布是随距离R而变化的ρ（R），从而可以得到合理的典型星系旋转曲线。这证明Neumann-Zeeliger疑难问题中出现不合理结果的原因不是出在和牛顿定律有关的公式div E= - 4πGρ，问题是出在它采用了宇宙学原理中‘物质是完全均匀分布’这个不合理假设的结果。如果采用合理的物质球队称分布假设，就不会出现什么疑难问题。 在俞允强教授的对典型的星系旋转曲线计算中，用div E= - 4πGρ 这个公式进行引力场强度计算时，由于假设了物质密度分布是球队称分布，则半径为R球面外面的物质对球面上点的引力场强度E不会产生影响，球面上点的引力场强度E只和半径为R的球面内物质的质量分布有关。这是为什么俞允强教授在推导典型的旋涡星系的旋转曲线时，不必考虑星系外的物质对旋转曲线计算结果产生影响的物理基础。由于在宇观大尺度上宇宙物质分布接近均匀分布，因此对各个层次成团结构的中心来说，宇宙物质分布也可以看成是球队称分布。因此在各个层次成团结构内的引力场只和这个层次成团结构内的物质分布有关，和这个层次成团结构外的物质分布无关。这也是不同层次成团结构的中心可以成为近似惯性系参考点的物理基础。 例如，在近地卫星轨道的计算中，可以用地心作为近似惯性系参考点，其它行星的影响基本上可以忽略不计。在行星轨道的计算中，可以用日心作为近似惯性系参考点。其它恒星的影响基本上可以忽略不计。在星系的旋转曲线的计算中，可以用星系的中心作为近似惯性系参考点。其它星系的影响基本上可以忽略不计。在1933年Zwicky对后发星系团中可能存在暗物质的计算中，其它星系团的影响也没有被考虑成是需要计算的。其原因也是因为在比星系团更大的宇观大尺度上，宇宙物质分布接近均匀分布。但在星系团内部物质分布并不符合宇宙学原理的物质均匀分布。由此可见，只要对宇宙中物质分布根据实际情况，采用合理的物质密度空间分布关系，牛顿力学是完全可以应用的。爱因斯坦引进宇宙学原理完全是为了用它简化广义相对论引力方程。但结果却是在得到所谓宇宙学动力方程时把角动量的作用完全抹杀了，得到完全错误的结果

回复此楼