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新引力宇宙度规与观测数椐部分验证

投稿时间:2015-10-25 12:18 投稿人:黄洵 【字号: 访问量:

在导出新引力宇宙度规后,类似教材推导,推出许多不同于教材新的结论,如桑德奇在宇宙学提出疑问之一,指出超新星时间延迟方程正确吗(即下面的方程(1) )?文献[1]的方程(1.7.2)正确吗?等等,用宇宙观测数椐部分验证和标准宇宙学的一些结论比较。所得的验证都优于标准宇宙学的结论。下面用4小节讨论。

 1、2005年9月12日,中国许多报纸转载美国天文学家公布9月4日最新发现,在红移Z=6.29的星系上发现一颗超新星爆炸,测得爆炸持续时间达200S,天文学家在地球附近(z=0)观测的同类超新星爆炸持读时间不过10S。他们说无法计算该超新星质量(能量)大小,仔细地看后,分析他们为什么无法计算该超新星质量大小?当今宇宙学中最相信宇宙膨胀的 Robertson—Walker度规,这R-W度规导出星系上物理事件发生时间△τb,文献[1]称为几何延时,

△τb=△t/(1+z),                                                (1)

△t是地球上观测星系上物理事件发生时间。经过研究,从Einstein引力场方程找到新引力宇宙度规,可以导出星系上物理事件发生时间宇宙度规△τn,为引力延时,                   

△τn=△t exp(-z/2)。                                                    (2)

当宇宙红移z很小时,前后两个方程值近似相等,把上述超新星爆炸延时和宇宙红移值代入两个延时方程计算,方程(1) 得△τb=27.43s,方程(2) 得△τn=8.61s和地球附近观测的同类超新星爆炸持读时间不到10S比较,8.61s符合不到10S的要求, 可以计算出合理的超新星爆炸,前的质量。后文分析知,当z≤2.513时,方程(1) 适合星系上物理事件延时计算,当z>2.513时,方程(1) 不合适,而方程(2) 适合任意红移值。前面例子验证了方程(2) 的正确性。在此已解决星系上物理事件延时!

2、椐文献[1]中的方程,为几何效应,

B=(L/4π)/(1+z)4,                                              (1.7.2)

其中B是表面亮度,L是一個光源每单位固有面积的絕对光度,(1.7.2)是文献[1]的原來方程序号。新引力宇宙度規可以导出类似的新方程,为引力效应

B=(L/4π)exp(-2z)。                                            (3)

在文献[1]中介紹了Lubin和Sandage[3]对方程(1.7.2)的验证,其是验证紅移z<1的三個星系团。唯有紅移z>1的验证,是否使方程(1.7.2)成立?文献[1]沒有介紹。究竟方程(1.7.2)或(3),哪個方程更适合观测数椐,对方程(1.7.2) (3)的分析,当紅移z≤2.513時,方程(1.7.2)可以符合观测数椐,当紅移z>2.513時方程(1.7.2)不能符合观测数椐。方程(3) 会更符合观测数椐。当z=2.513時(后文给出),方程(1)(2)值相等,方程(1.7.2) (3)的值也相等。由第1节知道,简接验证方程(3)。教材中知道,以天文望远鏡照相机能分辨1角分为基礎,(文献[2]p83)上世紀八十年代甚長基线天阵系统(VLBA) 角分辨率是万分之-角秒,現在角分辨率是百万分之-角秒,把1角分比百万分之-角秒得6千万倍。由方程(1.7.2) 的红移因子得z=600000000.25-1=87.01,方程(3) 的红移因子得z=0.5ln60000000=8.95。現在文献[2]p456载2012年前最大红移8.6。比較二个红移值,显然z=8.95符合观測事实。总結出

ε=60 exp(-2z),                                                  (4)

其中ε是角分辨率,单位角秒。所以天文望远鏡进展与看到的宇宙红移密切相关。由此可知,任何星系,类星体表中找到最大红移,可计算出该表天文望遠鏡角分辨率。现在各天文网站上载的星系,类星体的表,符合方程(4)。

3、新引力宇宙度規可以准确计算出,可以观測宇宙球体的体积,在此略去常量只含红移的数学方程,人类观测最大体积。

Vn = 1-(35/8)exp(-1.5z)+(21/4)exp(-2.5z)-(15/8)exp(-3.5z)。              (5)

把红移z=2.513,代入方程(5) 计算得Vn=0.9086。因此当紅移z=2.513(§2分析知)時,观測的宇宙已超过90%的体积,亦符合能观測少量星系?类星体在红移8~9(文献[2])。z=2.513在很多文献的唯象研究中,是-个重要数椐,是类星体观測数量转折值,宇宙引力使Ly α射线红移到可見光处。在斯特拉斯堡网站有巨量星系类?星体的星表,滿足前述统计规律。因此知道方程(5)符合各个天文台宇宙观测星系?类星体的数量变化规律,符合红移z>2.513星系数量是观测总量小于10%。文献[1]中(p7)曾计算R-W度规的体积是2π2a3,这个体积文献[1]后文从来没有应用。将方程(5)对红移求导数,便得到星系计数的概率曲线,

P(z)=2π[exp(-1.5z)-2exp(-2.5z)+exp(-3.5z)]。                    (6)                    

对方程(6)定积分,便是方程(5)。这概率曲线的极大点(0.847,0.5756),拐点分别是(0.2395,0.1990),(1.455,0.4163), 比较文献[8]中(p74的Fig3.15) 的图中(唯象图)的对应红移值略大-些,极大值小很多,类似性很强。教材中说z>1星系观测数量下降,方程(6)符合观测亊实。

4、地面上接收星系传播的电磁波长λ,实验室测出对应波长λE,星系上当时发出的电磁波长是λ0,由人们熟悉的红移方程,λ=(1+z)λE。新引力宇宙度規导出 λ0=λexp(-z/2)。由这两个方程导出                                     

λ0E(1+z)exp(-z/2)。       (7)

标准宇宙学把星系当时发出λ0E。λ0是不能直接测出,但可以由上述方程计算出。此处不同于标准宇宙学的地方。文献[7](p229):“中性氢可以吸收Lyα光子,它的波长在被共振吸收处是λα=1216Å。由于宇宙学红移,该光子从遥远天体(例如类星体)发出时的波长应小于λα。”标准宇宙学把星系当时发出的光波长等同于实验室测出对应元素的光波长的情况,文献[7]上面说法,第一次出现在著作中,文献[7]没有对此予进一步的分析。对方程(7)分析时,把λE,λ0换成λα,λα0,可以计算出遥远天体(例如类星体)当时发出时的λα0波长(其余元素发射线情况相同)。经简单分析,当z=1时,λα0 max=1475Å;当0α0>λα;当z=0? 2.513时,λα0=λ α;当z>2.513时,λα0α。λα0,λα都和宇宙引力效应和地球引力效应密切相关。所以文献[7]部分正确,说出了标准宇宙学中R--W度规的缺点之一。文献[6](p532)z>2.5使Lyα线红移到光学波段。文献[7]的(p225)图8.8 z=2.5是类星体观测量转折值。

5、小结:§1.结合《星系 类星体的距离红移视星等图简介》,现在可以对任意大小的红移的超新星进行理论分析。§2.教材中天文望远镜的放大倍数和视星等密切相关,已经有几百年历史。而天文望远镜的角分辨率还没有与天文观测数据联系,现在可知角分辨率和红移密切相关。简接地验证方程(3)成立。§3.人类对观测的宇宙最大球体第一次准确计算,和星系红移概率曲线,并得到红移统计数量的验证。§4知道,地球上测出星系上电磁波的某元素的发射波长,通过方程(7)精确计算出星系上当时某元素的发射波长。新引力宇宙度规导出以上新结论是宇宙最強大引力效应,得到天文观测数据验证,完全不同于百年来人类认识的宇宙观,现在可以对宇宙观测数据精确计算分析(现在文献都是粗计算分析,只有微波背景辐射是精确计算),新宇宙观测数据精确计算分析结论给人类全新的宇宙观,无限的宇宙红移对应看到有限的宇宙,但宇宙又是无限!后续文会逐歩体现。

参考文献:

[1] USA .Weinberg,S. COSMOLOGY  [ M]  2006中译本 向守平译《宇宙学》中国科技大学出版社 2013版

[2]李宗伟 肖兴华 [M]《天体物埋学》 高等教育出版社 2012年12月第1次印刷,23,83,456,485。

[3] Lubin L.M, Sandage A. Astron。[J].2001,122,1084.

[4] O.Gyauy,S.A.Rodney,D.Maoz; et al . USA [J] Type-la Supernova Rates to Redshife 2.4 from Clash the cluster Lensing and Supernoya Survey with hubble http://www.arxiv;1310.3495v3.Fig6,7.10, 11.

[5] Steven A. Rodney, Adam G. Riess, Louis-Gregory Strolger,et al 。USA [j] TYPE IA SUPERNOVA RATE MEASUREMENTS TO REDSHIFT 2.5 FROM CANDELS:SEARCHING FOR PROMPT EXPLOSIONS IN THE EARLY UNIVERSE http://www.arxiv;1401.7978v1..Fig5, FigB3,4,5. 10,27,28,29.

[6].J.Binney, & M.Merrifield.著 赵刚等译,邹振隆校。《星系天文学》[M] 中国科学技术出版社,北京,2004年3月第一版,532。

[7]向守平 冯珑珑 编著。[M]《宇宙大尺度结构的形成》中国科学技术出版社 2011年第2次印刷 225 229。

[8he LSST Science Collaborations,USA LSST Science Book [M] 933 North Cherry Avenue Tucson, AZ 85721-0009. November 2009。http://www.lsst.org.Fig3.15,74.