宇宙的半径推算及角动量探索

一、宇宙半径的推算

通过宇宙微波背景辐射的观测发现，我们的宇宙已经膨胀了138.2亿年，最新的研究认为宇宙的直径可达到920亿光年，甚至更大。宇宙的可视半径应该是能观察到的最远星系的距离，那么我们能观察到的最远星系理论上是多大呢？2018年3月14日《英国皇家天文学会月刊》上的一篇文章（一个惊人的发现——所有星系自转一次所需的时间都相同）论述：星系最外围部分的自转速度，和它们的最大半径之间存在一种线性关系。无论星系有多大，它们最外围部分完成一次自转所需的时间，都是10亿年左右。也就是说，所有星系自转的周期是相同的——10亿年，约3.2×1016秒，所有星系自转的角速度ω=2π/3.2×1016秒=1.96×10-16。

从C/ω可以看出（C是光速），物体的自转角速度ω越小，物体的可视半径越大。当ω趋近于零时，物体的可视半径趋于无穷大。物体辐射半径的大小和物体自转的角速度成反比，和物体本身的半径大小没有关系。

现在计算一下星系的可视半径：C/ω=3×108/1.96×10-16=1.53×1024米，大约等于1.6×108光年，即1.6亿光年。据相关资料显示宇宙中存在着约2万亿个星系，而星系系统之间距离可能会在百万千万光年左右及以上（百度百科）。2万亿个星系，即约1012个星系，按单位体积粗略处理（即开立方）约104个星系，按照星系间的平均距离计算（0.5亿光年），宇宙的可视半径是：104×0.5=500亿光年，再乘以2是直径——1000亿光年和现在理论推断的相似（920亿光年）。然而最边缘的星系还向我们观察的反方向辐射，所以宇宙的半径应该在可视半径在向外延伸1.6亿光年，印证了最新的研究认为宇宙的直径可达到920亿光年，甚至更大。

二、星系的角动量不守恒的原因

星系的角动量L=M×V×R，其中，M、V、R分别是星系的质量、速度、半径。动量定理在宇宙是普遍适用的，按理说角动量守恒在宇宙中也是普遍适用的。然而据2018年3月14日《英国皇家天文学会月刊》上的一篇文章论述——所有星系的角速度相同，而星系的角动量L=M×V×R= M×ω×R2，而现代观察、研究认为星系不会膨胀，或R在变小、ω不变。是星系的转动不遵守角动量守恒了吗？非也。因为我们研究星系的角动量所用的半径是星系的实体半径，在实体半径之外还存在着星系辐射到外部空间的质量（辐射质量），即星系的实体半径之内的质量在减小，这样我们再看星系的角动量：R在变小、ω不变、质量在变小，星系的角动量不守恒的原因是星系质量的损失。假设星系的R不变，同样可以推出星系的角动量不守恒——同样的原因长时间星系辐射损失的质量不可忽视。其实，我们在研究宇宙或星系甚至于恒星(这些存在时间较长的天体)都应该考虑辐射损失的质量，像星系这样的天体自转一周需要的时间大约10亿年更是如此。我们研究的普通物体遵循角动量守恒定律，是因为研究前后物体时间较短，通常情况下不超过几分钟，由于辐射损失的质量几乎为零——前后质量不变，所以普通物体角动量守恒。

三、宇宙的角动量绝对守恒

任何天体的辐射都存在于宇宙中（星系的辐射绝大部分不存在于星系内部，目前已知的最大星系名叫IC 1101，位于距离地球大约10.45亿光年的阿贝尔2029星系群，其直径约为400万光年，而星系的辐射半径上面已经推算过约1.6亿光年），对于整个宇宙，M是不变的。众所周知，宇宙是膨胀的，即R在变大、M不变（宇宙的角动量守恒，严格来说，只有像宇宙这样的天体才严格遵守角动量守恒定律），由于宇宙的角动量守恒L=M×V×R= M×ω×R2，V或ω必然变小。宇宙不同于普通的天体，它的自转是宇宙膨胀的来源之一。普通的天体自转使自身的辐射弯曲进而作用其他天体产生引力，宇宙包含任何天体产生的辐射，宇宙之外不存在辐射，即使自转弯曲辐射，也不会作用其他辐射，不产生引力，所以宇宙的自转只产生斥力。

根据宇宙的角动量守恒可以得到：当R趋于无穷时，即宇宙膨胀到最大值时，ω趋于零，即宇宙不在自转，斥力不存在，宇宙将在引力的作用下迅速塌陷，原来的宇宙结束，而后再形成新的宇宙。现代科学推测存在多重宇宙，如果存在多从宇宙，按照宇宙角动量理论的推测，宇宙之间不存在辐射——即宇宙之间是真空，按照现在科学技术手段（光学、射电望远镜）也不能找到其他宇宙存在的痕迹。

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