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陈绍光发现暗物质、暗能量原来是爱因斯坦方程的非线性效应。
摘自：中国物理学会引力与相对论天体物理分会“2005—国际物理年” 四川 平武 年会大会报告《“暗物质”、“暗能量”是爱因斯坦方程的非线性效应。》报告人：陈绍光 详见：中国物理学会引力与相对论天体物理分会 “2005年国际物理年”四川平武学术年会报告下载地址：ftp://ggg.hust.edu.cn, 端口：21 ，用户名：cps2005 密码：cps2005 可浏览 http://ggg.hust.edu.cn 上通知栏， 欢迎大家下载！ 致礼 西华师范大学会务组 2005.9.21 根据Einstein方程 R μ ν － gμ νR /2 ＝－ 8 π G Tμ ν/ c^2 (1) H. Bondi【H.Bondi, Proc R Soc Lond A 427,249 (1990)】得出： “…… the mass of an isolated body is conserved irrespective of any local changes ( e.g. shape ) and that in inductive transfer the movement of energy between two bodies can readily be traced by the changes in their masses.” 这是因为Einstein方程中的场gμ ν和源Tμ ν之间存在相互纠缠的作用，两个物体之间通过引力场gμ ν可以交换动量-能量Tμ ν，Bondi称这种能量的交换为感应引力並用质量的变化来描述。他严格证明了只有孤立物体的质量才是守恒的，非孤立物体的质量是变化的。 但是牛顿引力定律 f N ＝－（G m M/ r^ 2）（r/ r）＝ m a (2) 中质量m 和M是不能变化的，方程（1）和（2）都是描述引力的，两者间本质的区别就在于质量变与不变，质量的变与不变在数学上是用非线性方程与线性方程来区分的。 当质量m是变化的，由普遍适用的数学关系 δ(m v)/ δt ＝ m（δv /δt ）＋ v（δm/δt） 很容易推导出动量m v的变化率的一般化表示： f ＝δ(m v)/δt ＝f P ＋ f C （3） f P ＝m（δv/δt ）＝－（G m M/ r^ 2）（r/ r） f C ＝v（δm/δt）＝－（G m M/ r^ 2）（v / c） 方程（3）中的f P有与牛顿引力定律f N相同的形式是容易理解的，因为广义相对论方程（1）中包含了牛顿引力公式（2）作为它的特例。当对速度变分时是认为动量中的质量是个不变的常数，当质量不变则意味着作为引力源的质量可以产生引力场，但引力场对引力源的反作用只能改变物体的运动速度不会改变物体的质量，这与牛顿引力的观点完全相同。也就是说，当质量是常数引力方程就由非线性的变成线性的，爱因斯坦方程（1）就退化为牛顿定律（2），所以f P与f N有相同的形式。 根据狭义相对论的质能关系 δm /δt ＝（ δE /δt ）/c^2 和据狭义相对论的四维动量-能量矢量P–E的守恒 δE /δt ＝ c δ∣P ∣/ δt 立即又可从f P 推导出f C δm /δt ＝（ δE /δt ）/c^2＝ δ∣P ∣/ c δt ＝f P / c v（δm/δt）＝f P v / c＝－（G m M/ r^ 2）（v / c）＝f C 陈绍光从广义相对论推导出的引力公式（3）与他从量子场论推导出的弱作用的类Casimir力（见陈绍光著《谁引爆了宇宙》第一章P.52页中的（13）式）完全相同，因为量子场论是在平直的闵可夫斯基时空中的理论，从而引力公式（3）也是在平直时空中的。用量子场论的推导过程是基于量子场论中重整化的物理静质量是可变化的。质量可变的引力公式（3）是连接广义相对论和量子场论的桥梁。 正因为作为引力源的质量所产生的引力场具有动量-能量，引力场能反作用于引力源改变其动量-能量从而改变作为引力源的质量，这种相互纠缠的非线性关系H.Bondi叫做感应引力的质量变化，陈绍光则用质量变化的牵连力f C来描述广义相对论对牛顿引力的修正。 陈绍光公式（3）是从非线性的Einstein方程（1）推导出来的，反过来，从公式（3）又可推导出Einstein方程（1）。这是因为陈绍光公式（3）中的质量既是动量变化的惯性质量，又是质量间相互作用的引力质量，从而等效原理绝对成立，加上广义相对性原理就可推导出Einstein方程。从公式（3）又可推导出广义相对论的Schwarzschild度规（见陈绍光著《谁引爆了宇宙》第一章P.41-49页）, 从而所有用广义相对论解释的实验用公式（3）可完全一样地给予解释。由于陈绍光公式（3）与Einstein方程（1）可以双向相互导出，两者不但等效而且可以说陈绍光公式（3）是广义相对论的一个新版本。 为什么广义相对论会有弯曲时空中和平直时空中的不同版本呢? 这是因为Einstein方程（1）中有16个自变量可由于4个Bianchi恒等式使独立方程数目减少为只有12个，导致Einstein方程的解不是唯一的，从而允许不同版本的广义相对论共存。 感应引力使得质点B出现在A附近会改变质点A和B原先的质量，同样，第三个质点C出现在A和B附近时，又会再改变A和B的质量，使A和B之间的相互作用力f AB发生变化。从而引力的线性迭加原理不成立，表现为引力具有屏蔽效应，而且C的质量愈大致使f AB发生变化的屏蔽效应愈强。屏蔽效应的存在使得平方反比定律只适用于两质点。对于非质点的物体，它的各部分也会相互干扰，并改变各部分单独存在时的引力。在计算地球物理问题和实验室中的物体等非质点的引力时，不能简单地积分求和。陈绍光【Chen Shao-Guang, Nuovo Cimento B 104, 611-619 (1989)】引入一个数值为正的屏蔽系数q 来描述非质点的物体间的相互作用对平方反比定律的偏离，自屏蔽使物体的实际引力小于按质点线性迭加的求和值，等效质量M修正成M (1－q )，或替换成引力常数修正G（r）＝G∞(1－q )，G∞ 是质点m对物体M的质心的距离r为无限大时（物体M可看成质点从而q ＝0）的引力常数。 f ＝G∞ m M (1－q )r∕r^3 ＝G(r ) m M r∕r^3 (4) q ＝KΕ ＝KM∕r^2＝KρL S∕r^2＝KρLΩ Ε是物体的质量M在质奌m处产生的引力场强度，ρ是物体的质量密度，L是物体的厚度，S是物体的横切面积，Ω＝S∕r 2是作为引力源的物体质量M对质点m张的立体角，K是个由实验决定的常数叫做单位质量截面。 通过扭秤检验平方反比定律的偏离测得实验室尺寸物体的q是10^－12的数量级。第五种力探测中用地球物理方法测地层重力对牛顿引力定律的偏离得到1km厚地层的q是10^－6的数量级。由Allais用类锥摆观测到的太阳引力的日夜变化得到地球作为屏蔽层的q是10^－2的数量级。从许多科学家几十年来分别用类锥摆、扭摆、Lacoste-Romberg重力仪等观测到的日蚀时的重力异常变化数据得出月球作为屏蔽层的q是10^－3的数量级。从上述由观测与实验得到的q值求出(4)式中的K值约为10^-1 3 m^2∕kg，由此可以估算出太阳作为屏蔽层的q是10^－1的数量级。 当(4)式中q＝1，则f ＝0，引力就完全被屏蔽掉了。总星系的物质密度ρ约为10^-28kg/m^3，当L大于10^37 km就能完全屏蔽引力。因此，即使宇宙无限大，由于半径10^37 km以外的物质的引力完全屏蔽掉了，引力佯谬不再存在。 中子星密度ρ为10^17 ~ 10^18 kg/m^3，将原子的单位质量截面K折算到核子的K’为10^-20 ~ 10^-21 m^2∕kg,厚度 L小于1km的中子星売层就能完全屏蔽中子星壳内外之间的引力作用(q＝1)。因此，中子星不可能进一歩塌缩成为无限密度的奇性黒洞，导致中子星沒有质量上限，中子星内部是一个对外无引力作用、更不能对外传递电磁信息的黒洞。 暗物质是根据星系反常的转速-距离曲线推论出来的，所谓的反常是指違反了牛顿引力与离心力的平衡公式v^2＝GM/r,观测到的星系中的星体的转速v並不随离星系中心的距离r的增大而减小。引入暗物质来增大星系中心的质量M, 用以平衡远离星系中心的星体的速度。按牛顿引力与离心力平衡需要引入的暗物质的质量比星系中可见物质的质量大得多, 暗物质将占总质量的90%以上。 非线性的爱因斯坦方程的解不可线性迭加, 由广义相对论对牛顿引力的修正公式(4)可得：爱因斯坦引力与离心力的平衡公式是v^2＝GM(1－q )/r。星系中恒星很多, 一个太阳质量的恒星挡在星系中心的质量M与星系边缘质量m的连线上就会削弱M对m的引力10%, 当有多个恒星在m-M连线上引力就会被削弱90%以上, 相应于q大于0.9。对于爱因斯坦引力与离心力的平衡公式v^2＝GM(1－q )/r而言观测到的星系的转速-距离曲线一点也不反常，反常只是对牛顿引力而言的。转速v不随离星系中心的距离r的增大而减小是广义相对论要求的必然结果，所以，暗物质根本就不存在。 F. I. Cooperstock 和 S. Tieu (astro-ph/0507619 v1 26 Jul 2005) 对Milky Way, NGC 3031, NGC 3198 和 NGC 7331几个星系用稳态轴对称的自由流体压力模型直接由爱因斯坦方程求解，结果符合观测的转速-距离曲线，他们也得出暗物质不存在的结论。他们说:“A galaxy is modeled as a stationary axially symmetric pressure-free fluid in general relativity. For the weak gravitational fields under consideration, the field equations and the equations of motion ultimately lead to one linear and one non-linear equation relating the angular velocity to the fluid density. It is shown that the rotation curves for the Milky Way, NGC 3031, NGC 3198 and NGC 7331 are consistent with the mass density distributions of the visible matter concentrated in flattened disks. Thus the need for a massive halo of exotic dark matter is removed. For these galaxies we determine the mass density for the luminous threshold as 10−21.75 kg/m^3.” 被称为 暗能量的观测事实有：①，已观测过的967个星系都显示出的引力异常——远离星系中心的物质的速度不随距离的增大而减少，就如同远离星系中心的物质的运动不受牛顿引力的约束一样。为维持v2=GM/r的牛顿力学公式，这一现象被看成是存在暗物质的证据。若认为自然界并不完全受牛顿引力主宰,则这一现象又可看成是存在看不见的神秘的暗能量的证据，暗物质与暗能量各占的比例可以参照其它数据来人为调整。暗能量又常被说成宇宙因子项λ。暗能量或宇宙因子项λ＞0具有加速星系的排斥力性质，使星系膨胀得比按牛顿引力预期的快得多；②，发现宇宙膨胀非但没有在自身重力下变慢，反而在一种看不见的神袐力量推动下变快。此发现由大红移超新星搜索小组对1997ff的观测、钱德拉望远镜对26个星系群作X射线观测和威尔金森微波各向异性探测卫星收集的材料三者相互佐证。 由于暗能量只是具有排斥力性质的现象的概括，它并没有确切的定义。有人拾起被爱因斯坦自己抛弃的方程中的宇宙因子项λ来取代暗能量，使之与宇宙真空场的能量相联系，但定量比较时发现观测的真空能与观测暗能量至少相差了几十个数量级。 暗能量可用量子场论导出的引力的屏蔽效应或用爱因斯坦方程的非线性导致力的迭加原理不成立所对应的屏蔽效应公式（4）来解释。屏蔽效应削弱引力相当在牛顿引力上附加一个“负引力”，“负引力”等效的“排斥力”，它仅对削弱引力有贡献而不是真正的物质，自然是百分之百的透明体而看不见！ 中子星内部的黑洞正是种种暗能量现象的原因，当宇宙演化到中子星大量产生后，空间中的一部分质量会突然消失成为无引力质量的黒洞，空间中引力的突然减小表现为演化出了暗能量。所以观测结果显示宇宙中开始沒有暗能量在后来才出现宇宙加速膨胀的暗能量现象。 |