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质疑目前的“动态暗能量+冷暗物质模型”
[楼主] 作者:jqsphy  发表时间:2015/03/04 10:45
点击:3745次

质疑目前的“动态暗能量+冷暗物质模型”

 



目前宇宙中的冷暗物质平均质量密度与普通重子平均质量密度之比约为5:1 (或者6:1). 虽然两者密度差别较大,但还可以基本算是相同数量级。这就造成一个很大的疑问:为什么它们的质量密度可以是相同的数量级?目前作为冷暗物质的最可能的候选者是最轻超对称粒子(超对称粒子大都不稳定,但最轻的那种肯定是最稳定的,因为它无法再衰减为其它超对称粒子了)。这种最轻超对称粒子的质量可能远比重子质量大很多数量级。举例说,假设这种最轻超对称粒子的质量是重子质量的1000倍,那么它们在宇宙早期演化过程中,肯定是提前由相对论性粒子(热)转化为非相对论性粒子(冷)。如果说普通重子是在宇宙辐射气体温度T1时转化为了非相对论性粒子(冷),那么这种最轻超对称粒子应当是在宇宙温度为T2=1000T1时,转化为了非相对论性粒子。由于宇宙温度T与宇宙标度因子(宇宙半径)a成反比,这就意味着当这种最轻超对称粒子转化为非相对论粒子时的宇宙半径a2是当重子转化为非相对论粒子时的宇宙半径a1的1/1000。非相对论性粒子的能量密度是以1/a^3形式下降,相对论性粒子的能量密度是以1/a^4形式下降,于是在宇宙温度为T2到T1之间,重子(当时是相对论性粒子)的能量密度下降更快(用俗话说,比起超对称粒子来,能量密度多下降了1000倍)。之后(在温度T1之后),两者密度都以1/a^3形式下降,密度比值不再变。由于当前宇宙中的冷暗物质平均质量密度与普通重子平均质量密度之比约为5:1,那么在宇宙温度T1时,也是这个比值;在宇宙温度T2时,最轻超对称粒子的质量(能量)密度与普通重子质量(能量)密度之比应为0.005:1.

 

 

 

    一般地说,如果最轻超对称粒子的质量是重子质量的10^n倍,那么在温度为T2时(最轻超对称粒子变为非相对论性粒子),最轻超对称粒子的质量密度与普通重子质量密度之比应为5*10^(-n):1. 在温度为T2之前,由于两者都是相对论性气体,那么质量密度演化规律又一样,这就要求在甚早期宇宙中,最轻超对称粒子的质量密度与普通重子质量密度之比应为5*10^(-n):1,或者粗糙地说,两者能量密度之比为10^(-n):1,且它们的粒子质量之比为10^n:1,这才能造成目前两者平均密度基本是相同数量级。这就非常令人惊讶,能量密度之比与质量之比(一个是10^(-n):1,另一个是10^n:1),调配得这么好???不免让人觉得不可思夷。所以,把冷暗物质当作是一种的真实的物质粒子,是不自然的。“冷暗物质”效应,应当有其它来源。

 

 

有两点要补充:

 

1)重子在退出辐射状态(变为非相对论性粒子)时,也有一部分能量会转化为光子气体能量(能量密度继续以1/a^4形式下降),成为目前的宇宙微波背景。这部分能量密度在宇宙温度为T1时,大约与重子密度之比可为同数量级(因为只有当重子的动能与静能为相同数量级时,重子才可以开始退出辐射状态(变为非相对论性粒子)),因此不对上面的估算造成影响。

 

 

2)超对称粒子与普通重子物质不存在相互作用,但是在当它还是相对论性超对称粒子时,可能会与重子(夸克)有耦合,因此,在温度高于T2时,可以假设超对称粒子与重子(夸克)建立了热平衡,有共同温度。如果两者没有共同温度,那么上面的讨论可能略受影响,但不会有大的影响。

 

 

下面再来说动态暗能量问题。动态暗能量是一种标量场。历史上,使用标量场来克服一些问题,以共有三次:1)标准模型中的Higgs机制;2)早期宇宙暴涨机制;3)为了解释当前宇宙加速膨胀提出的动态暗能量模型。根据爱因斯坦的说法“好把戏不能玩两次”,但这里已经玩了三次。动态暗能量模型虽然很方便,但也存在一些奇怪的问题。它有一个基本接近于常数的势能密度(即接近于当今宇宙临界密度),为什么会如此小??比起另一种标量场(宇宙暴涨标量场)的巨大的势能密度来,这令人惊奇。宇宙暴涨标量场的势能密度比起动态暗能量密度来,前者大10^100倍,同样是标量场(当然,细节有所不同),为什么两者差别如此巨大??这样也显得很不自然。虽然暴涨标量场与动态暗能量标量场可能是完全不同的标量场,两者之间可能也没有任何联系,但是一个如此大,一个如此小,显得很不自然。无论它们之间有无联系,两者相差巨大,总是很不自然的。所以,对动态暗能量标量场模型,不是很欣赏。为什么宇宙暴涨标量场的势能密度比起动态暗能量密度来,前者大10^100倍,可以做这样的估算,暴涨在t=10^(-32)s结束,到t=10^(12)s辐射结束时,这个时间间隔内,宇宙半径a扩大了10^22倍(因为a以t^(1/2)演化),密度下降了10^88倍。在t=10^(12)s到当前t=10^(18)s物质为主演化阶段,a增大了10^4倍(因为a以t^(2/3)演化),那么物质密度下降了10^12倍。总共下降了10^100倍。也可以这样算,暴涨在t=10^(-32)s结束,到当前t=10^(18)s,t扩大了10^(50)倍,由于质量密度ρ以1/t^2下降,故而从暴涨结束到宇宙当前,密度下降了10^100倍。在暴涨结束时,发生相变和重加热,能量来自于宇宙暴涨势,如果这个重加热是理想的(迅速重加热,速率比当时哈勃参数要大),那么这意味着暴涨势能密度(是一个常数)就是当前宇宙临界密度的10^100倍。

 

 

以上对“动态暗能量+冷暗物质模型”质疑,不是说要对它们作立即否定或者说它们存在什么原理上的瑕疵。它们本身都是可以值得考虑的模型。只是在对一些参数作考察时,发现这些参数存在不自然的调配问题。当然有人会认为人择原理可以来解释它们。人择原理可以用来解释地球质量、日地距离和太阳质量、太阳发光功率甚至电子质量、电荷与质子质量为什么是那样大(因为只有是那样大,地球上才可以进化出会提这些问题的人),但是即便这样,地球质量、日地距离和太阳质量、太阳发光功率等参数之间其实也没有存在那些令人惊异的不自然的数值。

 

 

补语:以上对“动态暗能量+冷暗物质模型”质疑,不是说要对它们作立即否定或者说它们存在什么原理上的瑕疵。它们本身都是可以值得考虑的模型。只是在对一些参数作考察时,发现这些参数存在不自然的调配问题,认为可以存在其它更自然的解释(这里不提)。这与梅先生否定暗能量的做法是完全不同的(梅先生是从引力理论和宇宙学有矛盾或不自洽的问题来否定暗能量的)。



J Q SHEN 2015-3-4

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 [2楼]  作者:否定相对论  发表时间: 2015/03/04 21:46 

我估算:宇宙暗物质的密度大约是地球固体物质密度的亿分之一,暗物质的总质量大约是普通物质总质量的几万亿到几百万亿倍。暗能量所占的比重应该和暗物质所占的比重在一个数量级。
 [3楼]  作者:yuanyg4200  发表时间: 2015/03/06 17:03 

暗能量和暗物质都客观存在。但按照我的理解,它们都是旋涡力的一种表现方式。暗能量是把星系物质抛撒出去的力,而暗物质则是星系中心物体的物质的一部分。模型对错无所谓,只是把人弄糊涂了而已。希望辩论。
 [4楼]  作者:yuanyg4200  发表时间: 2015/03/06 17:04 

暗能量和暗物质都客观存在。但按照我的理解,它们都是旋涡力的一种表现方式。暗能量是把星系物质抛撒出去的力,而暗物质则是星系中心物体的物质的一部分。模型对错无所谓,只是把人弄糊涂了而已。希望辩论。
 [5楼]  作者:否定相对论  发表时间: 2015/03/06 19:41 

对【4楼】说:
对宇宙的宏观认识错了,任何模型都毫无意义!暗物质和暗能量这两个概念出问题首先出在定义上。概念问题就是逻辑问题!

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