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《第三章》以太的性质与运动-以太的运动与密度分布

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第三章 以太运动与密度分布

按照天文学界目前流行的理论,暗物质是宇宙的主宰,但却不知道暗物质是什么。本文认为以太才是宇宙的主宰,星系只不过是以太海洋中的悬浮物体,但引领以太运动的却是星体。在本章中,以太的运动指的是宏观运动,是粒子的平均速度,如果类比空气,它就是“风”。

以太是宇宙的主角,星系的涡旋结构就是最好的证明。如图3-1所示,它与地球上的气旋结构相似:内核作刚体旋转,外层作较差旋转,中心具有喷流。如果没有以太,星系核是不可能作“刚体旋转”的,中心也不可能存在喷流,结构也不可能如此相似。

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A.地球上的气旋照片           B. 涡旋星系 NGC1232

图 3-1. 地球上的气旋与涡旋星系的比较(图片来源于网络)

以太与空气类似,也具有一定的粘度,是以太粒子间的动量交换产生的。物体能够对其内部的以太部分拖曳,拖曳的程度与物体的折射率有关,物体的表面很难拖曳以太,因为以太的粘度系数小,也就是说,以太很难随着物体转动,但引力可以拖曳以太,以太可以跟随着大质量物体一起运动。

以太在宇宙中的运动包括拖动和转动,拖动是指在引力的作用下,以太跟随大质量物体的运动,而转动是指以太由于粘性而产生的运动。在宇宙中,以太很容易被拖动,例如,在太阳引力范围内(约1光年)的以太跟随着太阳一起绕银河系中心运动,但转动却较难,与太阳同步转动的以太在日冕(约1.3倍太阳半径)之内。地球对以太的拖动范围也很大,可达到金星和火星,但与地球同步转动的以太也只是在大气层内(约100千米)。

以太是流体,星体的质量越大,周围的以太密度就越高;星体的密度越高,以太的密度梯度就越大。星体周围的气体密度分布可表示为《第三章》以太的性质与运动-以太的运动与密度分布,其中,ρ0表示星体表面的气体密度,G是引力常数,M是星体质量,m是气体粒子的质量,k是玻尔兹曼常数,T是气体的绝对温度,r0是星体的半径,r是到球心的距离。以太也不例外,同样符合气体在引力作用下的密度分布规律。

3.1. 地月系

地月系是指由地球和月球构成的运动体系。

3.1.1. 密度分布

由于地球的质量较小,地球附近的以太密度可视为常量1.257×10-6 kg/m3

3.1.2. 速度分布

 在以太阳中心为参考系时,地球周围的以太基本上是与地球同步绕太阳旋转。但如果以地球中心为参考系,在大气层内,以太会与地球表面的速度同步。在大气层外,由于月球的拖动,以太绕地球中心旋转的速度随着距离的增加而增加,到月球轨道时达到最大,然后又随距离的增加而降低,估计达到150万千米(日-地系统的第二拉格朗日点)时,会出现逆转,而且逆转的速度越来越大,如图3-2所示。

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图 3-2. 地球中心为参考系时以太的速度分布(以地球表面为0点)

以地球的中心为参考系,以太的速度分布大概可分为5个部分,从A到B,以太与空气同步,绕球心转动,正是由于大气层内的以太与地球自转同步,才使迈克尔逊——莫雷实验出现零的结果。从B到C,地球对以太拖曳越来越弱,速度也逐渐下降。但从C到D,月球对以太的拖曳效果却越来越强,以太绕地球的速度逐渐变大,当高度达到月球轨道时,以太在月球引力的拖曳下,速度达到最高,从D到E,以太的速度逐渐降低,从E到F,以太开始逆转(逆转的原因有二:一是月球的质量有限,二是其他行星的影响)。

3.1.3. 地球周围以太运动的证据

  1. 地球自转(0.465 km/s)的萨格纳克效应值可以测量出来(同步卫星进行中日双向时间传递实验),是以太与地球存在相对运动的最直接的证据,也是光速可变的最直接证据。假设中日双向时间传递实验所选择的卫星定点于北极上空,就不会存在萨格纳克效应。
  2. 为什么公转30 km/s的萨格纳克效应值测量不到(中日双向时间传递实验,在任何时间所测量到的萨格纳克效应值都相等)?因为在地球中心参考系中,以太只有旋转运动而没有其他方向的运动(都随地球绕太阳运动)。
  3. 国际空间站每年大约消耗7.5吨的燃料来维持轨道,说明空间站存在阻力,主流认为全部来至于地球大气的影响。我们知道:在空气中,直平面体风阻系数大约为1.0,球体风阻系数大约为0.5,但卫星轨道衰减的阻力系数却大于1.0,而且高度越高数值越大(马淑英等.大气阻力引起卫星轨道衰减的数值模拟[J]. 地球物理学报, 2013, 56(12): 3980-3987),如图3-3所示,图中四条曲线代表不同形状的卫星(图片是文中的插图)。

如果以太不存在,大气阻力系数是不可能随着高度的升高而变大的,因此,必定有一部分阻力是来自于以太,而且轨道越高,以太产生的阻力所占的比例越大。从图中还可以看出:大气与以太对物体运动的阻碍原理明显不同,大气对物体的阻力只与迎风面有关,但以太不仅与迎风面有关,还与物体的厚度及密度有关。

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图 3-3. 大气阻力系数(横坐标)与轨道高度的关系

如果在空间站里做迈克尔逊——莫雷实验,就有可能测量出以太的运动方向。

3.2. 太阳系

在太阳系,以太并不需要以运动的方式来平衡太阳的引力(可以通过压强的变化),但在行星引力的拖曳下,以太也会绕太阳做圆周运动,因此,以太并不会阻碍行星的轨道运动(偏心率大的椭圆轨道除外)。

3.2.1. 以太的运动

由于行星引力的拖动,在黄道面上,以太与行星同步运行,也就是说,在水星以外,日球层顶以内,以太绕太阳的速度也基本符合《第三章》以太的性质与运动-以太的运动与密度分布的运行规律,如图3-4所示。

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图 3-4. 太阳系中黄道面上以太的速度分布(以太阳表面为0点)

太阳周围的以太运动与地球周围的以太运动类似,在太阳表面,以太与太阳同步,但随着与太阳距离的增加,速度越来越高,到达水星轨道时,达到最大(与水星同步48 km/s),然后绕太阳的运行速度逐渐降低,估计超过800AU时,将会逆转。

3.2.2. 太阳系中以太运动的证据

A. 金星大气的环流运动

在金星的大气层顶,有从东到西的持续大气环流,只需要四个地球日就可以环绕金星一周,而且距表面越低速度越小,这种现象至今无人能够解释。如果承认以太的存在,引起这一现象的原因可能是地球和水星。由于地球的轨道速度比金星小,而水星的轨道速度比金星大,在水星和地球的拖动下,金星轨道内外的以太就会出现速度差,使金星周围的以太按顺时针旋转,如图3-5所示:

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图 3-5. 金星周围以太的顺时针运动

金星周围以太的运动速度曲线如图3-6所示:

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图 3-6. 金星中心为参考系时以太的速度分布(以金星表面为0点)

金星周围的以太涡旋是地球和水星的引力形成的,而金星的大气环流运动是以太拖动的。正是金星周围存在顺时针的以太涡旋,在以太的拖曳下,金星大气才会呈现出从东到西大气环流运动(这很可能也是金星倒转的原因)。

在其他的行星周围是否也有类似的以太涡旋呢?有,而且太阳系中的所有行星都存在!其证据就是逆行轨道。金星的逆行轨道只所以离主星如此之近,是因为它没有顺行卫星(如果有,金星大气就不会出现环流运动),如果水星有大气层,水星的大气也会象金星大气那样转动,如果地球外围没有月球的存在,地球上的大气也会象金星大气那样运动。

B. 逆行轨道

太阳系中所有气态行星外围的卫星几乎全部逆行,如木星系统中,轨道半径大于1800万公里的50多颗卫星只有一个例外(Valetudo,它是在2018年发现的在逆行区的顺行卫星,但这颗卫星不可能在逆行区内长期存在),其原因还是由于主星轨道内外的以太速度差而形成的以太涡旋,木星周围以太的运动速度曲线如图3-7所示:

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图 3-7. 木星中心为参考系时以太的速度分布(以木星表面为0点)

木星周围的以太,与木星中心的相对静止点大约在1500万公里处,在1300—1700万公里范围内没有任何卫星存在。木卫四十六是一个例外,它是顺行卫星中最远离木星的一颗,但这颗卫星的轨道也会在以太的阻力下,其轨道半径将逐渐下降,直到以太顺行区,也就是说,在外围的顺行卫星不能长时间存在。

为什么卫星总是以群居的方式存在?例如,亚南克卫星群、加尔尼卫星群等,这是因为质量大的星体能够影响以太的运动,但以太却能够影响小质量的星体运行,小质量星体只有与以太运行同步,它才能够保持轨道的稳定。

C. 太阳系最强的风暴 

海王星处于太阳系的外围,行星离太阳越远,驱动风暴的能量就越少,但海王星上却存在太阳系中最强的风暴,测量到的风速高达2400km/h,而且风向与海王星的自转方向相反,其原因就是海卫一的逆行,它对以太的拖动能力比海王星表面对以太的转动能力大,从而引起海王星周围的以太反转。如果这样的情况继续下去,海王星的自转周期将有较快的上升。海王星周围的以太速度如图3-8所示:

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图 3-8. 海王星中心为参考系时以太的速度分布(以海王星表面为0点)

与其他大型卫星不同,海卫一运行于逆行轨道,它是被海王星近期俘获的,由于它占围绕海王星公转的所有质量的99.5%(包括海王星环和其他13个已知的卫星),因此,对海王星的运行造成了极大的影响:它的顺行卫星将会逐渐消失(轨道逐渐降低,最后坠入海王星),而且它的自转速度也会加速变慢。

D. 较差自转 

拥有顺行卫星的星体,其赤道的自转角速度大于两极,例如:太阳(赤道附近每25天转一圈,极区37天转一圈)、木星(赤道9小时50分钟,极区9小时55分钟)、土星、天王星等。但拥有逆行卫星的星体则相反,例如:海王星的赤道自转周期约为18小时,在两极只有12小时。海王星的较差自转是太阳系中最明显的,还是因为海卫一的逆行,星体自身结构内部的对流并不能解释较差自转。

可见,在太阳系中,总体上是以太跟随着行星运动,但每个行星周围的以太都存在一个逆行轨道,在太阳系的外围,以太同样存在逆行轨道,逆行的慧星就是最好的证明。以太的运动规律是:大质量天体拖曳以太,但以太能影响小质量天体(也包括微观粒子)的运行。

3.2.3. 以太与太阳风

A. 太阳风的产生

在帕克的理论模型里,太阳外层的日冕温度极高,达到百万度的数量级。这样的高温会产生完全电离的等离子体。因为温度太高,这些离子的动能很大,大到可以冲破太阳的引力束缚飞向地球。而且,帕克用详细的理论推导表明,从日冕中释放出来的离子最后会突破音速临界点被加速至超音速。对于这种从太阳向外释放的离子流,帕克称之为“太阳风”。

今天的科学家们已经知道:帕克的热驱动风模型并不能解释持续不断的高速太阳风,高速太阳风并不像帕克认为的那样是从高温的日冕中流出的,恰恰相反,它是从温度较低的冕洞中产生的。在极紫外光和软X射线太阳图像中,冕洞显示为日冕的黑暗区域,它们看起来很暗因为它们是比周围等离子体更冷、密度更小的区域,而且磁力线是开放的。这种开放的磁力线结构使太阳风更容易逃逸到空间,导致相对快速的太阳风流。因此,人们普遍认为磁场对于产生持续高速的太阳风有着特殊重要作用,但磁场是如何对太阳风产生影响的?磁场是从哪里来的?谁也说不清楚。

本文对太阳风的产生有如下观点:

涡旋与喷流在太阳大气中无处不在,在活动区、宁静区以及冕洞区域都能观测到涡旋与喷流的存在,并在各个太阳大气层中均能观测到,例如色球喷流及日冕喷流等。

太阳风最初是在色球中产生的,色球中的针状物就是太阳风的起点。在色球中,可以发现太阳的边缘有很多毛刺状的喷流(即针状物),这些针状物间歇性地以约25公里每秒的速度从色球层喷出到日冕中,从而完成对太阳风的第一次加速。

日冕中也同样存在喷流,与色球中的喷流(与地球大气层中的飓风类似)具有相似的原理。但日冕中的喷流与色球中不同,它与地球上的龙卷风具有相似的结构:纤细的丝状物,长长的环状物以及类似指纹一样的螺纹在整个日冕中起舞。阿尔夫文的理论也认为,日冕中存在“太阳磁通管”(俗称为太阳上的“小喷泉” ),本文认为:所谓的“太阳磁通管”应该就是以太为主体的涡旋,这就是太阳风的第二次加速。

地球上也存在飓风,但为什么它不能把空气分子抛出大气层呢?我们知道:地球上的飓风一般不超过3万米的高度,这是因为高空的空气密度小。但太阳日冕外层的大气密度也不大(约为10-12 kg/m3,),它是如何把质子和电子抛出去的呢?这就必须依靠以太的帮助,如果以太不存在,这种加速机制只会存在于色球和日冕的底层中。在日冕底层中的质子密度与以太的密度(1.26×10-6 kg/m3)相当,因此,喷流可以在日冕层中一直存在。如果把日冕中的喷流与地球上的水龙卷作比较:质子的作用相当于水蒸汽,以太相当于空气,质子向上加速过程是螺旋式的,与地球上水龙卷中水分子的上升路径相似。

可见,太阳风的形成是涡旋与喷流的产物,属于自加速,但能量来源于光球。在色球层中,涡旋以激态的氢原子为主,色球层中的针状物就是激发态的氢原子向上加速所表现出来的现象。在日冕层,涡旋以以太为主,美国宇航局的界面区域成像光谱仪(IRIS)所拍摄的纳米喷气流应该就是这种涡旋,这种涡旋只存在于以太密度大于太阳大气密度的区域。

太阳风在加速过程中,对质子和电子的加速几乎是一样的,因此,电子的温度要比质子低一千多倍。高速太阳风主要来自两极的原因,应该是由于磁场的开放,但更直接的原因可能是:极区附近带有相同的净电荷。

  • 太阳风的切向速度

现代观测已经证明,地球附近太阳风的前进方向总是垂直于地球运动的方向,也就是说,太阳风的横向速度与地球的轨道速度相等(地球的弓形激波为证)。

从彗星的离子尾也可以看出:太阳风的切向速度总是与彗星垂直于太阳的轨道速度分量相等(因为离子尾是太阳风造成的,而且它总是在太阳和彗星的连线上),如图3-9所示。如果彗星的轨道是圆形的,太阳风的切向速度必定与彗星的轨道速度相等(小于水星轨道的彗星除外)。

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图 3-9. 彗星的离子尾(图片来源于网络)

帕克太阳探测器的升空,更是证明了太阳风受到以太横向运动的影响:在第一次靠近太阳期间,帕克在距离太阳36倍太阳半径的地方,测出了每秒大约30~50千米的切向速度,而根据此前的模型,太阳风的切向速度应该最高只有每秒4千米,是理论预测值的10倍。如果没有以太,太阳风的横向速度是无法解释的。可以预测:随着帕克逐渐靠近太阳,太阳风的横向速度将会越来越小。

因此,可以认为:太阳风切向速度产生的原因是由于以太跟随大质量物体的运动,太阳风中的质子和电子在以太流体的影响下,其切速度会与以太绕太阳的速度相差不多。

  • 太阳风的径向运动

当太阳风离开太阳后,在切向上,跟随着以太运动,与以太的切向速度保持一致(因为以太的密度比太阳风的密度大很多倍),但在径向上,受两种力量的控制:一是以太的阻力(包括太阳的引力),二是光压产生的推力(彗星的尘埃尾可以证明)。太阳风的速度是两种力量较量的结果,当光功率密度较大时,质子的温度下降较慢(或不降),但电子的温度却不降反升。如果失去了光压的推动,太阳风在以太的作用下,会在太阳的边界会产生阻尼振荡,径向速度终将下降为0。旅行者1号是2012年、旅行者2号是2018年被宣布离开太阳系的,它40多年间飞行了200多亿公里,2019年科学家重新分析了旅行者2号在太阳系的边缘传回的数据,发现了旅行者2号在这个地方的飞行明显受阻。

太阳风在太阳附近会出现天文学家称之为“回折”的现象,这种现象应该是以太的涡旋引起的,与磁场无关。太阳周围的以太在水星引力的牵引下,切向速度会大幅升高,但以太是流体,必然会产生一个个的涡旋。

D. 日珥的运动

日珥也是产生太阳风的原因之一,日珥的运动很复杂,具有许多特征。日珥不断地向上抛射或落下时,若干个节点的运动轨迹往往是一致的。当日珥离开太阳表面时,速度会不断增加,这种加速是突发式的,属于涡旋加速,在两次加速之间速度基本保持不变。日珥的密度远大于日冕,但宁静日珥可长期存在于日冕中,既不坠落也不瓦解,是什么力量支撑和维持著它?活动日珥和爆发日珥的速度可高达每秒几百公里,动力从何而来?日珥运动往往突然加速,甚至宁静日珥会一下子转变为活动日珥,原因是什么?

日珥实际上就是色球层中的巨形针状体,与其他的针状体其形成的原理是相同的,都是一种涡旋,因此,当日珥离开太阳运动时,速度才会不断增加。日珥一般也分为两次加速,第一次加速在色球层,以激发态氢原子为主导,第二次加速在日冕层,以以太为主导。

日珥是在色球层中形成的,它的成分与色球基本相同,对于上升到日冕中的日珥,其密度与以太的密度应该相差不多,因此,当日珥物质升到一定高度后,会慢慢地降落到日面上,有些既不坠落,也不瓦解,其原因可能有三:一是涡旋的原因,二是以太与日珥的密度差异不大,三是所带的净电荷与太阳表面相同(如果日珥中所带的净电荷与太阳表面相反,它就会加速下落,其运动的轨迹与拱型门相似)。

3.2.4. 太阳系中的暗物质

万有引力定律是正确的,但前提条件是:以太的分布必须是均匀的(因为以太粒子也有质量)。但在引力的作用下,以太的分布并不均匀,可表示为:《第三章》以太的性质与运动-以太的运动与密度分布,因此,万有引力定律中的中心天体质量M就必须修正,需要包括由于以太密度分布不均所引起的附加质量,如果不考虑以太的运动,可表示为《第三章》以太的性质与运动-以太的运动与密度分布,其中L为到中心天体的距离,修正后的公式为《第三章》以太的性质与运动-以太的运动与密度分布。从上面的分析可以看出:在天文学中所谓的“暗物质”,指的是由于以太密度分布不均所引起的附加质量,是引力所产生的“效应”。

下面计算以地球为观察点,地球轨道内的暗物质质量:

以太阳中心为原点,地球轨道的长度L为半径作一球体。由于对称球壳对球壳内物体的万有引力作用的合力为零,对于距离大于L的部分,可以看成许许多多同心球壳叠加而成,因此,对于球体外围的以太,可以看成对地球没有万有引力作用。

在太阳周围,如果不考虑以太的运动,设以太的密度系数《第三章》以太的性质与运动-以太的运动与密度分布,其中M为太阳的质量,m为以太粒子的质量,R为太阳的半径。则以太的密度可表示为《第三章》以太的性质与运动-以太的运动与密度分布,由于A= 3.57×10-6(忽略以太的温度变化,因为以太只是能量传播的介质,吸收能量很少)远小于1,上式可简化为:《第三章》以太的性质与运动-以太的运动与密度分布。在地球轨道内,暗物质质量为《第三章》以太的性质与运动-以太的运动与密度分布《第三章》以太的性质与运动-以太的运动与密度分布= 1.47×1020 kg,相当于地球质量的40000分之一,而地球轨道内以太的总质量为《第三章》以太的性质与运动-以太的运动与密度分布= 1.78×1028 kg,这就是太阳系中观察不到“暗物质”的原因,但太阳系中以太的绝对质量(每立方光年为5300亿倍太阳质量)比太阳质量大很多倍。

3.2.5. 水星轨道的进动

影响水星轨道有很多的因素,主要包括:

  1. 太阳

太阳对水星轨道的影响主要包括三个因素,第一是太阳大气的阻力;第二是太阳风粒子(太阳一直在向外发射高能粒子);第三是不完美的重力场,太阳不是一个点质量,而是一个有着不规则重力场的球体,这个不规则的重力场作用在水星上,就导致了潮汐力,水星运行到距太阳越近,受到的潮汐力越大。

  • 行星

在太阳系中,除水星外,还有其他的七大行星,特别是金星、地球和木星能对水星的轨道产生一定的影响。但其他的行星只影响水星的轨道周期,对轨道的进动影响很小,因为其他行星是随机分布的,其他行星只能引起水星角速度的减少,而不会使水星正向进动,因此,有人用设想的一个更靠近太阳的行星(被称为火神星)来解释。水星处于最内层,金星、地球、木星等都在水星的轨道之外,它们对水星的摄动只能引起角速度的减少,也可能会有少量的负向进动,但不会有正向进动,中国科学院地质与地球物理研究所的汤克云研究员在《金星对水星的摄动肯定为负》中说明了原因,并计算出金星等七大行星所引起的水星轨道进动约为每百年负600角秒。 

  • 以太

水星每百年有574.6角秒(除去岁差)的正向进动,很可能是以太起主导作用。以太对水星的运动影响主要有两个方面:

一是由于太阳的引力引起的以太密度分布变化,也就是暗物质的作用。水星的运行轨道是椭圆,距离从 4600 万公里到 7000 万公里变化。可以计算出:距太阳4600 万公里时,轨道内的暗物质质量约为《第三章》以太的性质与运动-以太的运动与密度分布= 1.38×1019 kg,距太阳7000 万公里时,轨道内的暗物质质量约为《第三章》以太的性质与运动-以太的运动与密度分布= 3.19×1019 kg。也就是说,水星绕太阳运行时,水星所感受到的太阳质量不是恒定的,其变化值为∆M= 1.81×1019 kg,这是水星正向进动的原因之一,但这个值太小,不是主要原因。

二是以太的阻力。由于水星的运动是椭圆,也就是存在切向运动和径向运动,但水星的径向运动不能有效引导以太绕太阳运动,这必然会导致水星与以太的运动不同步,在近日点水星的速度比以太的速度大。在以太的阻碍下,水星会出现轨道衰减,也就是说,水星运动到近日点时,在以太和太阳大气的阻碍下向太阳靠近,从而导致近日点的距离减小。其结果就是水星的离心率增加、轨道周期减少,这才是水星进动的主要原因,进动量与相对以太的速度有关,但这种阻力所引起的进动很难计算,本人没有计算能力。

水星的运动轨迹实际上是水星向太阳的旋进,其轨道角动量会逐渐减少,主要原因就是以太的阻碍。这种例子在宇宙中很常见,当一个双星系统距离很近时,随着互绕速度的增加,以太的阻碍作用也会越来越明显,最后发生碰撞,这就是轨道衰减。对于近地轨道卫星,由于卫星相对以太和地球大气的速度高,同样存在近地点的进动和轨道衰减,因此,必须定期提升卫星轨道的高度。需要指出的是:地球大气与以太都会阻碍卫星的运动,但阻碍的方式却不同,大气阻碍可以比喻成潜艇在水中航行,必须把水分子推开,而以太阻碍可以比喻成球形的钢网在水中运动。

3.3. 银河系

在银河系,由于以太密度的分布不均所引起的“效应”就非常明显。在银核,以太的密度大,但随着距离的增加,其密度逐渐减少。在距银核同样的距离上,银道面上(尤其是旋臂上)的以太密度比其他地方高。在与银核相同的距离上,恒星所处位置的以太密度越高,其轨道速度就越低,反之则越高。在很多星系中,由于以太密度变化引起的附加质量成为维系星系的主要力量。

银河系中实际物质密度的分布相当复杂,以太与可见物质混合在一起,由于以太的质量远大于可见物质的质量,例如:在太阳系附近,可见物质的密度约为每立方光年0.004个太阳质量,也就是9.45×10-21 kg/m3,比以太的密度1.257×10-6 kg/m3小很多倍,因此,可以把可见物质的密度纳入到以太的密度之中。

假设银河系中心黑洞也是由以太粒子组成的,它就与气态行星一样,没有明显的表面,估计固体半径约1000公里,在外层,以太气体的密度变化同样遵循《第三章》以太的性质与运动-以太的运动与密度分布,由于无法得知黑洞表面的以太温度,它附近的以太密度分布无法计算。但当r > 1光年时,可以认为以太的温度不再变化。

3.3.1. 以太的密度与速度

为了便于说明,把银河系分为三个部分,r < 1光年,称为核心,1< r< 1000光年,称为内层,r>1000光年,称为外层。

A. 在核心,由于黑洞质量一家独大,恒星的运动速度基本符合开普勒三大定律,以太密度的变化对恒星速度的影响可忽略,也就是说以太的影响很小,与太阳系相似。

B. 在内层,恒星的速度可以看成黑洞与附加质量引起的速度迭加:《第三章》以太的性质与运动-以太的运动与密度分布,如图3-10所示,图中用红色曲线表示的是银盘中恒星运动的实际速度曲线(通过观测得出的结论),它可拟合为黑洞质量引起的恒星速度《第三章》以太的性质与运动-以太的运动与密度分布m/s(蓝线表示)和附加质量引起的恒星速度《第三章》以太的性质与运动-以太的运动与密度分布m/s(绿线表示)的叠加,其中r表示到黑洞的距离,单位是米。

由于《第三章》以太的性质与运动-以太的运动与密度分布《第三章》以太的性质与运动-以太的运动与密度分布m/s,可得出内层中的附加质量与距离的关系:《第三章》以太的性质与运动-以太的运动与密度分布。其原因是:以太的密度分布近似球形,而附加质量可表示为:《第三章》以太的性质与运动-以太的运动与密度分布,因此,内层中的以太密度可表示为《第三章》以太的性质与运动-以太的运动与密度分布,其中,r的单位是米,常数B = 4.39×1015

《第三章》以太的性质与运动-以太的运动与密度分布

图 3-10. 银盘中恒星的速度曲线

C. 在外层,由于银盘的存在,以太的等密度曲线不再是球形,可以等效为厚度为h的圆盘,附加质量可表示为:《第三章》以太的性质与运动-以太的运动与密度分布,因此,以太的密度与距离的关系可表示为:《第三章》以太的性质与运动-以太的运动与密度分布,附加质量与距离的关系也可表示为:《第三章》以太的性质与运动-以太的运动与密度分布,其中,D和k都是常数,由于《第三章》以太的性质与运动-以太的运动与密度分布,因此,以太的速度是与距离无关的常量。这种计算方法在数学上是不严谨的,但本文的目的是原理的说明。在外层中,恒星的速度的变化主要是旋臂造成的,因为旋臂中的物质密度高,产生的附加质量小,恒星的轨道速度慢。如图中黄线所示(没考虑旋臂的影响)。

从上面的计算可以看出:当r > 1光年时,银河系中以太的密度变化很小,因此,可以认为常数C= 1.257×10-6 kg/m3,它的大小对计算没有影响。

3.3.2. 旋臂的产生

 1964年﹐美籍科学家林家翘建立了密度波理论,该理论认为﹐恒星在绕中心旋转时﹐绕转的速度和空间密度都是波动变化的。运动慢则恒星密集﹐反之则稀疏﹐因而空间密度也呈现波动变化,这种波被称为密度波。这种波既绕中心环行传播﹐同时又沿半径方向传播﹐因而密度极大的波峰呈旋涡状分布﹐从而形成旋臂。恒星进入旋臂后因为恒星密集和引力场加强而减慢速度﹔反过来﹐速度减慢使恒星“拥挤”一起﹐密度增大﹐引力场加强﹐因而使这种状况得以自行维持。

但是,恒星一旦进入旋臂引力势阱后,还能运动出来吗?

我们知道,在任何旋转的流体中,流体的表面都会形成波浪,也就是说,介质质点的速度总有一定的差别,也会存在密度上的差异。当星体附近的以太密度较高时,它所受到的附加质量的引力小(附加质量的大小与本地以太的密度有关),绕行的速度就会慢,速度的变慢,就会导致星体的聚集,从而导致旋臂的形成(与道路上的车流是同样的道理,车流的密度只与道路有关,而与车辆无关),它实际上是以太密度对星体速度的反作用。旋涡结构是由星体的运动产生的,但旋臂并不是永远由同一批星体组成。也就是说,旋臂由以太的密度波构成的(地球上的气旋也存在旋臂结构),它并不与星体相联,星体的角速度是可变的。正是这种运动维持了旋涡星系的结构。恒星进入旋臂后,由于引力的减少,速度会降低,当以太的密度减少时,星体将恢复它的轨道速度,以太密度波的旋转速度应比星体的旋转速度稍慢。

如果以太不存在,就没有密度波,旋臂也就无法形成。以太跟随星体运动,但以太对星体的运动也存在反作用。

3.3.3. 涡旋与喷流

在流体中,喷流是指流体沿着涡旋垂直方向的运动(例如气旋中心的向上运动),涡旋能产生喷流,喷流也能产生涡旋(气旋就是气体的向上运动产生的),二者是伴生关系。

涡旋产生喷流的必要条件是:核心是刚体旋转。当流体刚体旋转时,刚体边缘的转速最大,压强最低,外面的流体向内流动,但又无法到达中心,只有转向,从而形成喷流,飓风的喷流就是在风墙处。银河系也存在喷流,喷流的位置大概在1000光年处,那里是刚体旋转的边缘,如图3-11所示。

《第三章》以太的性质与运动-以太的运动与密度分布

图 3-11. 银河系的喷流(图片来源于网络)

图中的X射线和伽马射线是粒子在以太中运动时产生的,其频率与粒子的速度(相对于以太)有关:《第三章》以太的性质与运动-以太的运动与密度分布。例如,如果质子在喷流中相对以太的的速度达到500 km/s,它所产生的辐射频率为6.3×1017 Hz,在X射线的频率范围内。

不过,主流天文学家认为银河系的喷流是大约在200至400万年前人马座A*发生了一次超级爆发,剧烈的喷发在银河系中心两侧形成了一对巨大的气泡状结构,直到现在气泡结构依然还在向外扩散。但是,是什么爆发能够爆发出如此规则的形状?

3.3.4. 吸积盘与喷流

在高密度星体周围的涡旋,我们通常称之为吸积盘。吸积盘通常是一种由弥散物质组成的、围绕中心体转动的结构。如果中心天体的角动量较小,盘内的摩擦力将使气体逐渐螺旋下落,被吸积到星体。传统认为:重力使得盘中的物质沿螺线被吸附至中心体,角速度的不同则使得物质进行着角差转动,而引力场使得物质被压缩,同时激发出电磁辐射。

但是,引力场是如何压缩物质的?又是如何激发电磁辐射的?质量和能量又是如何转化的?中子星及黑洞产生的吸积盘辐射多半处于光谱的X-射线区域,但分子气体的发光不可能是热致发光,因为分子气体不可能有如此之高的温度(否则,气体四散,无法形成吸积盘)。围绕在星体周围旋转的分子气体,虽然速度较大,但其相邻气团的速度相差却很小,雷诺系数不可能很大(我们所观察到的吸积盘,雷诺系数都很小),气体间的摩擦也不可能使温度升高到发射X射线,吸积盘中的能量转化效率更不可能比核聚变还高出10多倍。

关于喷流的产生,最广为接受的是从中心黑洞抽取能量的理论。罗杰·布兰福德和罗马·日纳杰于1977年提出:吸积盘附近的磁场被自转的黑洞拖拽,当磁力线聚集起来时,相对论性粒子加速后被发射出去。彭罗斯理论认为,从中心黑洞抽取能量依靠的是广义相对论中的参考系拖拽效应。

但是,目前为止,我们连磁场是什么都说不清楚,而且吸积盘是电中性的,如何与磁场产生作用?磁场又是如何被自转的黑洞拖拽?磁力线又是如何聚集起来的?又是如何发射粒子的?

一般高密度、快速旋转的星体都会出现喷流,最可能的过程是:由于以太的粘度随着密度的升高而增加,大密度星体周围的以太会随着星体作刚性旋转。在吸积盘上,分子气体在引力的作用下会螺旋下降(因为分子气体的速度比以太的高),但当分子气体下降到以太刚体旋转的边缘时,气体分子就不会继续下降,只能沿着旋转轴向外喷发(因为分子气体的速度比以太的低)。喷流需要消耗涡旋的能量,也就是会降低涡旋的速度。如果星体的角速度较小,可以从周围吸收物质增加角动量,但角动增加到一定程度时,会产生喷流,吸收物质的能力也会下降,这也是喷流具有周期性的原因。

在高密度星体的周围,以太的密度较大,因而粘度也较大,星体的表面完全能拖曳它,使它与星体同步旋转。分子气体的辐射是由于气体分子相对以太的运动速度引起的,气体分子辐射的频率为《第三章》以太的性质与运动-以太的运动与密度分布,其中v是分子相对于以太的速度。在吸积盘中,分子气体与以太运动速度不同,二者的速度曲线如图3-12所示(图中红色代表分子气体,蓝色代表以太,当以太的速度大于气体分子的速度处,分子气体会产生喷流)。银河系的中心天体也存在喷流,如图3-13所示。

《第三章》以太的性质与运动-以太的运动与密度分布

图3-12.银河系中心吸积盘与喷流的形成

《第三章》以太的性质与运动-以太的运动与密度分布

图 3-13. 银河系中心喷流(图片来源于网络)

3.3.5. 以太密度在银河系的分布规律

A. 核球

核球是指银河系的中心天体,也就是天文学中的人马座A*(sgr A*),俗称为“黑洞”。假设它也是由以太粒子组成的,没有经历恒星过程,是直接由以太气体坍缩成的超大质量黑洞,结构类似于气态行星,它没有明显的固体表面,其密度分布类似单边高斯分布,如图3-14所示:

《第三章》以太的性质与运动-以太的运动与密度分布

图3-14. 核球的密度分布

在黑洞的中心,以太的密度(2×1018 kg/m3量级)和压强都很高。由于黑洞内部的温度是气体压缩引起的,没有热源,因此,它的表面温度并不高,是一个不发光的球体。假如黑洞质量为4百万太阳质量,可以认为黑洞核心部分是一个密度为2×1018 kg/m3,半径为1000公里的球体,呈固体状,从1千公里到10万公里,是从固态到气态的过渡层,10万公里外可以认为是黑洞的大气层。

B. 银心

这里指距银核大于1光年,小于1000光年的球体,如果不考虑以太的速度,以太的密度分布近似球形。以太密度可表示为《第三章》以太的性质与运动-以太的运动与密度分布,其中,C= 1.257×10-6 kg/m3,r的单位是光年。

C. 银盘

这里指距银核大于1000光年的银道面,如果不考虑以太的速度,以太的密度分布与距离的关系近似线性,可近似表示为《第三章》以太的性质与运动-以太的运动与密度分布,其中,r的单位是光年。

《第三章》以太的性质与运动-以太的运动与密度分布,可拟合银河系中银道面上的以太密度曲线,如图3-15所示,当距银核大于1光年时,银河系中的以太平均密度变化幅度不会超过10-12 kg/m3

《第三章》以太的性质与运动-以太的运动与密度分布

图3-15. 银河系中以太的密度与距离的关系

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三生万物奖奇点妙想

星星为什么会闪烁?星系呢?可能的原因有三个

2022-12-17 9:44:50

三生万物奖奇点妙想

太空中有着无数疾驰的迷你黑洞

2022-12-17 12:38:56

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