财经社区女性社区汽车社区军事社区文学社区社会社区娱乐社区游戏社区个人空间
上一主题:与相对论有关的智力测验:接近光... 下一主题:相对论的逻辑矛盾--光速守恒,测...
星系的死亡
[楼主] 作者:杨东亮  发表时间:2005/11/06 09:09
点击:675次

摘要:由于暗能量不断地衰退,导致星系不断地收缩。240亿年后,宇宙将停止膨胀,所有星系都将收缩为一个奇点,变成一种物质黑洞。

1.旋涡场的概念

宇宙的运动是由暗能量来推动的。暗能量总是以一种旋涡运动的形式出现,所以,在暗能量的旋转范围内形成一种旋涡场,我们称之为暗能量旋涡场,简称为旋涡场。包含有大量物质的旋涡场叫做物理旋涡场,没有任何物质的旋涡场叫做空旋涡场。

按照大小次序,物理旋涡场划分为如下四类:
S1旋涡场:它代表星系团旋涡场;
A1旋涡场:它代表星系旋涡场;
B1旋涡场:它代表星团旋涡场;
C1旋涡场:它代表恒星旋涡场;

空旋涡场分别用S2、A2、B2和C2来表示。
S2旋涡场:它的尺度以一个星糸团为标准。
A2旋涡场:它的尺度以一个星糸为标准。
B2旋涡场:它的尺度以一个星团为标准。
C2旋涡场:它的尺度以一个恒星系为标准,如太阳系等

物理旋涡场和空旋涡场的概念是相对的。例如,从总体来说,A1旋涡场是一种物理旋涡场,但它的内部包含很多B2和C2空旋涡场。太阳系旋涡场的外围就有很多C2旋涡场。

2.黑洞的种类

按组成来划分,黑洞可以分为两大类。一是暗能量黑洞,二是物理黑洞。暗能量黑洞主要由高速旋转的巨大的暗能量组成,它内部没有巨大的质量。巨大的暗能量以接近光速的速度旋转,其内部产生巨大的负压以吞噬物体,从而形成黑洞,详情请看宇宙黑洞论。暗能量黑洞是星系形成的基础,也是星团、星系团形成的基础。物理黑洞具有巨大的质量,它是星系死亡的标志。暗能量黑洞的体积很大,可以有太阳系那般大。但物理黑洞的体积却非常小,它可以缩小到一个奇点。

当一个星系收缩为一个奇点时,该奇点处的物理黑洞就称之为奇点黑洞。

3.物理黑洞的诞生

每个星系的中心都有一个暗能量黑洞,它的尺度不到星系的0.1%,我们称这个区域为A区。A区的半径用R0来表示。星系中某点到星系中心的距离用R来表示。A区之后是一个暗能量渐变区,称之为B区。在B区中,暗能量的分布随着距离R的增大而逐渐减小,恒星绕星系中心的速度也会逐渐减小,因为恒星的运动是由暗能量来推动的。根据银河系的结构,B区的尺度约占星系的30%。B区之后是一个暗能量均匀分布区,称之为C区。在C区中,由于暗能量分布均匀,所以,恒星绕星系中心运动的速度基本相同。根据银河系的结构,C区的尺度约占星系的70%。很显然,B区中恒星的速度比C区中恒星的速度大很多。

在暗能量的衰退过程中,星系旋涡场发生收缩,B区和C区同时收缩,但A区基本上不变。在B区收缩过程中,靠近A区边缘的恒星将逐个地被巨大的负压吸入内部。A区内的负压非常大,所以,进入A区内的恒星都会被撕碎,它们化成飞灰之后跟随A区一齐旋转。高速度旋转的恒星灰烬会消耗A区的暗能量,它必然会导致A区的旋转速度变慢。A区吸入的恒星越多,它的旋转速度就会越慢。当进入A区内的恒星质量足够大时,A区内暗能量的旋转将产生超负荷,它再也无法承担起A区内物质的高速度旋转。结果,A区内的物质就会靠近和积聚在它的旋涡中心,以便减少暗能量的旋转负荷。旋涡中心处积聚的物质越来越多,最后形成一个巨大的星体,暗能量黑洞从此消失。暗能量不断地衰退,星系中心处的星体越来越大。在星体的逐渐增大过程中,它是不会发生爆炸的。有关恒星爆炸的原因请参看中子星的形成。当星体的质量太大时,它内部就会发生坍缩。首先坍缩为白矮星,再次坍缩为中子星。随着质量的不断增大,它的内部会进一步坍缩,并逐渐缩小为一个奇点,变成一个物理黑洞。暗能量继续衰退,星系继续收缩,物理黑洞的质量越来越大。物理黑洞的质量越大,它的引力就越大,星系收缩的速度也越大。最后,那巨大的星系将完全被这个物理黑洞吞没,变成一个奇点黑洞。

所以,暗能量黑洞转变为物理黑洞的过程就星系的死亡过程。相反,物理黑洞转变为暗能量黑洞的过程就是星系的诞生过程。

4.宇宙膨胀的原因

科学家们一再通过各种的观测和计算证实,暗能量在宇宙中占主导地位,约占73%。暗物质约占23%,而我们所熟知的物质仅占4%。所以,我们可以认为,在目前宇宙中,物质运动的总动能Epk约等于暗能量Enk的73%,即Epk≈73%Enk。宇宙的运动是由暗能量来推动的。当Enk=Epk时,宇宙才处于平衡状态。但在目前的宇宙中,Enk比Epk大了一倍以上,所以,宇宙必定膨胀。当暗能量衰退73%时,就会出现Enk=Epk。那时,宇宙将不再膨胀。

目前,宇宙的膨胀主要是由S2和A2这两种空旋涡场的膨胀造成的,而这种膨胀是由暗能量的旋转产生的。由于S2和A2这两种空旋涡场内没有恒星等物质,所以,这种旋涡场在旋转中就没有任何负荷。在由暗能量的旋转而产生的离心力的作用下,它们必然会膨胀。要想阻止宇宙的膨胀,就必须阻止S2和A2这两种空旋涡场的膨胀。但宇宙中只有物理黑洞才能阻止它们的膨胀。所以,宇宙不再膨胀的另一个条件是:星系旋涡场必需收缩成一个奇点而变成物理黑洞。物理黑洞在绕宇宙中心的运动中可以吞噬周围的空旋涡场,从而阻止空旋涡场的膨胀,也就是阻止宇宙的膨胀。

所以,宇宙停止膨胀的时间就是星系死亡的时间。

5.宇宙死亡的时间

暗能量每10亿年以5.3%的比例衰退,详情请看暗能量的衰退。假设目前宇宙的暗能量为En0,10亿年后宇宙的暗能量为En1,20亿年后宇宙的暗能量为En2,…………,240亿年后,宇宙的暗能量为En24。则有:

En1=(1-5.3%)*En0

En2=(1-5.3%)*En1=(1-5.3%)2*En0

En3=(1-5.3%)*En2=(1-5.3%)3*En0

…………

En24=(1-5.3%)24*En0=27.06%*En0

△En=En0-En24≈73%En0

240亿年后,宇宙中的暗能量将比目前的暗能量减少73%。根据第4节内容,宇宙将停止膨胀,所有的星系将全部死亡,并全部转变为奇点黑洞。

本帖地址:http://club.xilu.com/hongbin/msgview-950451-70857.html[复制地址]
上一主题:与相对论有关的智力测验:接近光... 下一主题:相对论的逻辑矛盾--光速守恒,测...
[楼主]  [2楼]  作者:杨东亮  发表时间: 2005/11/06 09:10 

宇宙的死亡
摘要:暗能量不断地衰退,导致星系不断地收缩。240亿年后,宇宙将停止膨胀,所有的星系都将死亡,变成1000亿个以上的奇点黑洞。241亿年后,宇宙将会死亡,变成一个奇点黑洞。

1.宇宙的结构

目前我们已经知道宇宙中存在1000亿个以上的星系。银河系是太阳所属的一个庞大的恒星集团,约包括1011颗恒星。银河系的质量约为1011M⊙(太阳质量单位),直径约为30kpc(注:千秒差距,1秒差距=3.26光年=3.09*1013公里)。星系有不同的大小。小星系的质量可低达106M⊙。星系的典型尺度为几十千秒差距。若对视星等(apparent magnitude)在23等以内的星系作统计,星系总数在109以上。

星系的空间分布不是无规律的,它也有成团现象。上千个以上的星系构成的大集团叫大星系团。大约只有10%星系属于这种大星系团。大部分星系只结成十几、几十或上百个成员的小团。

今天人们把10Mpc以上的结构称为宇宙的大尺度结构。目前观测到的宇宙的大小是104Mpc。至今大尺度上的观测事实还不是十分明确。有迹象表明,星系在大尺度上的分布呈泡沫状。即有许多看不到星系的“空洞”区,而星系聚集在空洞的壁上,呈纤维状或片状结构。这一层次的结构叫超星系团。它的典型尺度为几十兆秒差距。

若把星系看成宇宙物质的基本单元,那么,星系的分布状况就是宇宙结构的表现。现在看来,直至50Mpc的尺度为止,星系的分布呈现有层次的结构。

2.星系绕宇宙中心运动的速度

洛伦兹认为,牛顿的绝对空间里充满了静止以太。地球是在静止以太的海洋中以30km/s的速度运行,必然有30km/s的以太风产生。1887年,迈克尔孙-莫雷进行了精确实验,没有检测到以太风,实验重复多次都一样,这被称为零结果。到了1921~1925年,美国物理学家米勒,后来又与莫雷合作,他们多次重复了迈克尔孙实验,都得到了非零的结果(即0.33的结果,相当于观测到了10km/s的以太风)。到了1976~1977年, 实验在两个地点同时进行,一个是在普林斯顿,另一个是在加里福尼亚大学的洛伦茨-贝克莱实验室,先后进行了10次实验。他们不但发现了地球运动的全速以太风,还发现了太阳系以300km/s在绕银河中心运动,以及银河系在“以太海”中的穿行速度为600km/s,而太阳和地球的净速度是400km/s ( 录自Scientific American 1978 年238卷5期 ).

所以,在计算宇宙的死亡时间时,我们可以取星系绕宇宙中心运动的平均速度为600km/s。

3.空旋涡场的数量

宇宙的运动是由暗能量来推动的。暗能量总是以一种旋涡运动的形式出现,所以,在暗能量的旋转范围内形成一种旋涡场,我们称之为暗能量旋涡场,简称为旋涡场。包含有大量物质的旋涡场叫做物理旋涡场,没有任何物质的旋涡场叫做空旋涡场。

按照大小次序,物理旋涡场划分为如下四类:
S1旋涡场:它代表星系团旋涡场;
A1旋涡场:它代表星系旋涡场;
B1旋涡场:它代表星团旋涡场;
C1旋涡场:它代表恒星旋涡场;

空旋涡场分别用S2、A2、B2和C2来表示。
S2旋涡场:它的尺度以一个星糸团为标准。
A2旋涡场:它的尺度以一个星糸为标准。
B2旋涡场:它的尺度以一个星团为标准。
C2旋涡场:它的尺度以一个恒星系为标准,如太阳系等

设星系的平均半径为10kpc,宇宙中的总星系为1000亿个=1011个,宇宙的半径为104Mpc/2=5*106kpc。则:
宇宙的总面积为:πR2=3.14*(5*106)2=7.85*1013(kpc)2;
星系的总面积为:3.14*102*1011=3.14*1013(kpc)2;
A2旋涡场的总面积为:(7.85-3.14)*1013(kpc)2=4.71*1013(kpc)2;
A1旋涡场的总面积=星系的总面积=3.14*102*1011=3.14*1013(kpc)2。

由于A1旋涡场正处于收缩状态,而A2旋涡场则处于膨胀状态。所以,A2旋涡场的平均尺度必定大于A1旋涡场的平均尺度。所以,根据上面的计算结果,我们可以认为,宇宙中A2旋涡场的数量≈A1旋涡场的数量≈1000亿个。A2旋涡场的平均半径=(4.71/3.14)1/2*10kpc≈12kpc.

4.宇宙的现状

目前,星系正处于收缩状态,但这种收缩是由暗能量的衰退造成的。S2和A2这两种空旋涡场都处于膨胀状态,而这种膨胀是由暗能量的旋转产生的。由于S2和A2这两种空旋涡场内没有恒星等物质,所以,这种旋涡场在旋转过程中就没有任何负荷。在旋转离心力的作用下,它们必然会膨胀。暗能量每10亿年以5.3%的比例衰退(详情请看暗能量的衰退),所以,星系的收缩是很缓慢的。相比之下,S2和A2这两种空旋涡场的膨胀就快得多。所以,目前的宇宙正处于快速膨胀之中。

5.宇宙收缩的过程

暗能量每10亿年以5.3%的比例衰退,导致星系不断地收缩。240亿年后,暗能量将减少73%,每个星系都将收缩为一个奇点,变成一个奇点黑洞,详情请看星系的死亡。那时,宇宙中将不再有恒星,只存在如下三种东西:一是位于宇宙中心和星系团中心的暗能量黑洞,二是1000亿个以上的奇点黑洞,三是1000亿个以上的A2旋涡场。暗能量黑洞与奇点黑洞完全不同,详情请看星系的死亡。

当星系旋涡场收缩时,在它周围的空旋涡场就会膨胀;当它收缩为一个奇点黑洞时,在它周围的空旋涡场也会同步跟进,它们总是保持着接触。当奇点黑洞绕宇宙中心运动时,它就会进入附近的空旋涡场之中。首先,它进入体积较小的C2旋涡场中。由于奇点黑洞拥有一个星系的质量,所以,C2旋涡场就处于一种超负荷状态而无法旋转。在黑洞的巨大引力作用下,C2旋涡场会快速地向黑洞方向收缩,直到它完全被黑洞吞噬为止。所以,当奇点黑洞穿过C2旋涡场时,C2旋涡场将会被完全吞噬掉。

奇点黑洞吞噬了C2旋涡场后,它又以同样的方法一个接一个地吞噬B2旋涡场、A2旋涡场和S2旋涡场。在这个过程中,奇点黑洞吸收的暗能量越来越多,它的旋转速度也越来越快。

6.宇宙死亡的时间

所有的星系都变成奇点黑洞之后,假设它们绕宇宙中心运动的总动能为Ep。宇宙的暗能量则分为两部分:一是用来推动奇点黑洞自转的暗能量,用Enj来表示;二是用来推动奇点黑洞绕宇宙中心运动的暗能量,用Enk来表示。在奇点黑洞吞噬空旋涡场之前,宇宙处于一种平衡状态,即Enk=Ep。这时,宇宙既不会膨胀,也不会收缩。

假设在奇点黑洞吞噬空旋涡场之前,Enj=Enj0,Enk=Enk0。A2旋涡场的平均暗能量为E0。很显然,E0是用来维持宇宙旋转的,属于Enk的范畴。当奇点黑洞吞噬1个A2旋涡场后,它就吸收了这个A2旋涡场的暗能量E0。结果,E0就转变为推动奇点黑洞自转的暗能量。这时,Enk=Enk0-E0,Enj=Enj0+E0。 同样道理,当奇点黑洞吞噬了2个A2旋涡场后,Enk=Enk0-2E0,Enj=Enj0+2E0。当奇点黑洞吞噬了n个A2旋涡场后,Enk=Enk0-nE0,Enj=Enj0+nE0。很显然,在奇点黑洞吞噬A2旋涡场的过程中,一方面,用来维持宇宙旋转的暗能量Enk在快速地减小,宇宙在快速地收缩;另一方面,用来推动奇点黑洞自转的暗能量Enj在快速地增加,黑洞的旋转速度越来越快。

假设奇点黑洞绕宇宙中心运动的平均速度为600km/s。当奇点黑洞经过C2和B2旋涡场时,就会把它们吞噬掉。所以,奇点黑洞绕宇宙中心运动的速度实际上就是它吞噬空旋涡场的速度。A2旋涡场的平均直径为24kpc=7.416*1017km。设奇点黑洞通过一个A2旋涡场所需的时间为t,则:

t=7.416*1017/600=1.236*1015秒≈4*107年=4千万年。

所以,奇点黑洞用4千万年的时间就可以穿过一个A2旋涡场,同时它也把A2旋涡场吞噬掉。由于奇点黑洞的数量约等于A2旋涡场的数量,所以,当所有星系都变成奇点黑洞之后,再过4千万年,宇宙中所有的空旋涡场都将被吞噬掉。那时,宇宙将收缩为一个奇点,宇宙由此而亡。所以,我们可以得出如下结论:

240亿年后,宇宙中所有的星系都将死亡,变成1000亿个以上的奇点黑洞。
241亿年后,宇宙也将死亡,变成一个奇点黑洞。

精彩推荐>>

  简捷回复 [点此进入编辑器回帖页]  文明上网 理性发言
 推荐到西陆名言:
签  名:
作  者:
密  码:
游客来访 
注册用户 提 交
西陆网(www.xilu.com )版权所有 点击拥有西陆免费论坛  联系西陆小精灵

0.14299201965332