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木虫 (正式写手)

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[交流] 【交流】从‘上帝的第一推动力’说起已有5人参与

从‘上帝的第一推动力’说起
‘上帝的第一推动力’是牛顿在研究太阳系中各个行星绕太阳运动时提出的想法。按照牛顿的推理，如果没有这个‘上帝第的一推动力’，太阳系中的所有行星是无法产生一个和太阳引力方向不一致的初始运动速度。这样太阳系中的所有行星，都应当在太阳的引力作用下，被太阳的引力所吸引而落向太阳表面。由于这个‘上帝的第一推动力’作用的结果，太阳系中的行星才能得到和太阳引力方向不一致的一个初始运动速度。由于太阳系中的行星有了这个和太阳引力方向不一致的初始运动速度，它们才可以在和太阳保持一定距离的轨道上绕太阳运动，从而逃过了在太阳的引力作用下被太阳吃掉的劫难。
在宇宙中，物质分布并不像宇宙学原理所假设的那样是均匀分布和各向同性，而是存在明显的层次成团结构，这是天文学家和理论物理学家都承认的基本事实。在各个层次的成团结构中，物体通常都是在绕成团结构的中心转动，这也是基本事实。在太阳系中，所有行星都绕太阳转动。在星系中，恒星和星际气体是绕星系的中心转动，天文学家所观察到的星系旋转曲线证明了这一点。在星系团中，成员星系绕星系团的中心转动。后发星系团就是一个最明显的例子。1933年瑞典天文学家Zwicky就是根据这个现象最早提出了在后发星系团中存在暗物质（当时Zwicky称之为missing mass）的想法。这些绕成团结构中心运动的现象按照牛顿的推理方法，也都应当被归结为是‘上帝的第一推动力’作用的结果。
从上面这些例子我们可以看到，‘上帝的第一推动力’问题和宇宙中层次成团结构的形成问题紧密地联系在一起。因此要讨论‘上帝的第一推动力’问题，首先要讨论宇宙中层次成团结构的形成问题。
由于万有引力的存在，即使原来在宇宙演化的某一阶段有过均匀分布的宇宙介质，这些均匀分布的介质不可能保持稳定的状态。这个特性被称为‘自引力的不稳定性’。具体的理论是20世纪初由Jeans首创。在北京大学俞允强教授的《热大爆炸宇宙学》一书中，对Jeans理论的公式推导有具体介绍。静止气体云中的恒星形成理论就是以Jeans理论为基础。对宇宙中其它更大尺度的层次成团结构，Jeans理论应当也能够说明问题。
在层次结构结构初步形成后，宇宙介质的分布显然还要经历继续演化的发展过程。在成团结构的演化发展过程中，中心区域的物质密度显然要增加，外部区域的物质要向中心区域聚集，这就是所谓引力塌缩现象。成团结构在这个被称为引力塌缩的演化发展过程中，由于各部位的温度，密度，压力等物理参数不可能是完全理想的球队称分布，这必然导致漩涡运动的出现。
以地球大气为例，如果地球大气的温度，压力和密度完全球对称分布，则地球大气的密度只会在引力的作用下，随高度增加而呈现指数降低，但不会形成大气流动。地球大气的流动完全是由于气体的温度，压力和密度等物理参数的非球对称分布引起。在这种情况下，地球大气的漩涡运动的出现则是不可避免。下面这张图就很好地说明了这个问题。它是修复哈勃望远镜的宇航员拍摄到的地球大气的漩涡运动。我不知道搞流体力学的人理论上是如何具体讨论这些漩涡运动的出现问题。搞天气预报的大概有一些数值计算的数学模型，否则天气预报将只能完全依靠个人的历史经验进行猜测。由于大型计算机的出现，天气预报现在比过去有很大的进步，但目前利用这些数值计算的数学模型似乎还无法给出完全准确的结果。

如果太阳系中的行星是从类似这样有漩涡运动的宇宙气体云中产生，则根据角动量守恒原理，行星绕太阳转动就不难理解。我认为这是牛顿所说的‘上帝的第一推动力’的一种可能解释。对其它更大尺度层次上的成团结构，天体绕成团结构的中心运动也可以用类似的机制加以解释。因此在宇宙各个层次的成团结构中，天体绕成团结构中心运动应当是一种必然的结果。在天体系统的形成过程中，理想的均匀塌缩或膨胀几乎是不可能的。由此可见，实际宇宙中物质分布的不均匀和不对称，在宇宙天体的演化发展过程中起了重要的作用。
宇宙学原理只强调大尺度的平均是均匀分布的特性，忽略了宇宙中物质在不同尺度上不均匀性的存在，从而忽略了天体在这些不均匀的成团结构中，绕有心力场中心转动对宇宙结构保持稳定的重要贡献。由此导致了宇宙膨胀这个错误的结论，需要引进‘暗能量’这个虚构的概念来提供宇宙膨胀的动力。宇宙学常数本来是表示天体在绕有心力场中心转动时所具有的转动能，由于天体绕有心力场中心转动被忽略，导致把宇宙学常数理解成为表示具有负压性质的暗能量。

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