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“星系旋转速度曲线”和“哈勃常数”的“同源性”讨论

投稿人：杨明昆王严学杨昭国投稿时间：2015-11-29 16:10 访问量：

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1.“星系旋转速度曲线”

美国女天文学家薇拉· 鲁宾观测星系转速时，发现星系外侧的行星旋转速度较牛顿引力预期的快，故推测是有数量庞大的质能拉住星系外侧组成，以使其不致因过大的离心力而脱离星系。^［1］

图1

2.“哈勃常数”

哈勃常数，也称哈勃定律。它表明，来自遥远星系光线的红移与它们的距离成正比。以方程表示V=H₀D；其中，V是由红移现象测得的星系远离速率，H_O是哈勃常数，D是星系与观察者之间的距离。^{［2］［3］}

3.“暗能量”与“暗物质”

3.1“暗能量”^［4］

暗能量在宇宙中各向同性，且不与通常物质发生任何除引力之外的已知的相互作用（即电磁、强、弱相互作用）。

暗能量的密度（ρ₀）又非常之小，大概10⁻²⁹ 克/厘米³，因此很难直接发现它。暗能量应该充满了所有的宇宙空间，目前的两类暗物质理论——宇宙常数理论和基本标量场理论，都包含了暗能量的两种重要性质——均匀和负压。

3.2.“暗物质”

在宇宙学中，暗物质是指无法通过电磁波的观测进行研究，也就是不与电磁力产生作用的物质。人们目前只能通过引力产生的效应得知，而且已经发现宇宙中有大量暗物质的存在。^［1］

据国外媒体报道，传统理论认为宇宙中的暗物质应该是紧密地聚集在星系的中心，但最近一项新的研究表明，暗物质均匀地散布在星系之中。^{［5］［6］}

3.3“暗能量”与“暗物质”的“同一性”讨论

3.3.1“引力作用”

3.3.1.1“引力”与“质量”

“万有引力”源于“质量”。根据牛顿定律，若设质量分别为M、m的两质点间的作用力为F，G为引力常数，r为两质点间的距离，则有①：

3.3.1.2“质能方程”

爱因斯坦质能方程式②：

其中，E表示能量，m代表质量，而c则表示光速常量。

3.3.1.3“暗物质”的“质量”与“暗能量”的“能量”

“引力”源于“质量”，“暗物质”产生“引力”，所以“暗物质”具有可以产生“引力”的“质量”。

“暗能量”“不与通常物质发生任何除引力之外的已知的相互作用”，亦昭示着“暗能量”含有“质量”的“基因”。

我们假设“暗能量”与“普通能量”一样也满足“质能方程”，即若“暗能量”为E₀，则E₀=m₀c²，其中c为光速常量，m₀就是“暗能量”E₀的“质量”，称为“暗能量质量”。并且，“暗能量”E₀的“引力效应”，就是“暗能量质量”m₀产生的。

于是，“暗物质”的“质量”与“暗能量”的“能量”，在“扩展了的”“质能方程”下，就得到了“统一”。不仅如此，我们还把产生“引力效应”的“原因”“统一”于“质量”之下：“普通物质质量”、“暗物质质量”和“暗能量质量”。

也就是说，凡是具有“质量”的“物质”，无论是“普通物质”，还是所谓的“暗物质”、“暗能量”，都产生“引力”且满足“万有引力公式” ①。

或者说，在上述“广义的‘能量’、‘质量’”以及其满足的“扩展了的‘质能方程’”下，“引力”的来源和遵循的定律公式都是“等效同式”的。

因此，有“质量万有引力公式” ①，也可以有“能量万有引力公式”③：^［7］

其中，F为两“能量点”（或“能量中心”）之间的作用力，G为引力常数，E、E₂分别为两“能量点”（或“能量中心”）的能量，r为两“能量点”（或“能量中心”）间的距离。这里的“能量点”（或“能量中心”）的“能量”，可以是“普通能量”，比如“球状闪电” 的“能量球”，也可以是“暗能量”。

3.3.2“均匀分布”

“暗能量”或“暗物质”在宇宙空间中，都是均匀分布的。^{［2］［5］［6］}

3.3.3“难发现”

由于“暗能量”或“暗物质”，都不与通常物质发生任何除引力之外的已知的相互作用，因此很难直接发现它。

3.3.4“密度小”

暗能量的密度（ρ₀）非常之小，大概10⁻²⁹ 克/厘米³。

3.3.5“作用方式”

若设在球面Q上作环绕运动（圆周运动）的物体的速度大小为v，中心质量为m，球面半径为r，G为引力常数，则有r=Gm/v²，即v²=Gm/r，亦即④：

“中心质量”m会对球面Q上作环绕运动的天体产生“引力”。

图2

3.3.5.1“球状作用分析”

因为“暗能量”或“暗物质”，在宇宙空间中是“均匀分布”的，所以我们可以考虑其围绕“中心质量”的“球状作用”。

若设到质量中心为r的球体（体积为4πr³/3）内的“暗能量”或“暗物质”的能量为E₀，根据“质能方程”，则有其质量m₀=E₀/c²=ρ₀4πr³/3=（4πρ₀/3）r³。

3.3.5.2“中心引力作用”

“能量球面”或“球状能量”的“能量”对球面或球外的作用力，与其集中于球心一点的作用力是“等效的”；“能量球面” 或“球状能量” 对球面或球外的相互作用是以一个“整体”呈现的——相当于全部集中在球心。^［8］

图3

可见，“质量中心”产生“引力”的“质量”有两个：一个是“普通物质质量”m，另一个是“围绕质量中心均匀球状作用”的“暗能量质量”或“暗物质质量”m₀=（4πρ₀/3）r³。

图4

所以，若设某个天体Q到绕质量中心旋转的半径为r，则天体Q“受到的来自质量中心的‘万有引力’”，是由“质量”M产生的，而M=m+m₀。

3.3.5.3“环绕速度”

若设上述天体Q的环绕速度的大小为v，则由④有：v²=GM/r=G(m+m₀)/r=Gm/r+Gm₀/r，即v²=Gm/r+Gm₀/r。

若取G=6.67×10^-11 牛顿·米² /千克²，π=3.14，ρ₀=10⁻²⁶千克/米³，则有：Gm₀/r≈（2.793×10^-38）r²。

所以，v²≈Gm/r+（2.793×10^-38）r²。

可见，天体Q的旋转速度的平方由两部分组成，一部分是中心质量产生的Gm/r，其大小随半径r的增大而减小；另一部分是由“暗能量质量”或“暗物质质量”产生的（2.793×10^-38）r²，随着半径的增大在增大，是一个变量。

若设v₁²=Gm/r，v₀²=（2.793×10^-38）r²，则有v²=v₁²+v₀²。由于r²的系数较小，在10^-38数量级，当r不大时，v₀²太小了，对v²的影响很小。也就是对天体Q的旋转速度影响很小。所以，在一个“较小尺度内”——“恒星—行星系统内”，比如在太阳系内，其表现很“微弱”、“作用不明显”，几乎没有影响；但是，在“星系团”或“超星系团”等“中尺度”上，比如在银河系的中部或边缘部分，随着半径r的增大r²增大明显，其影响逐渐增加。

当r＞=5.37kpc时,“暗能量质量”或“暗物质质量”在星系中心产生的“引力”，已经上升到了“不可忽视”的程度了，其影响开始明显。^［9］

4.“星系旋转速度曲线”与“哈勃常数”“同源”

4.1“星系旋转速度曲线”^［9］

在银河系里的“中尺度”上，“普通中心质量”与“暗能量质量”或“暗物质质量”，两者在r=2427.695kpc（791.817万光年）的“T”点对恒星的速度影响“相当”，其结果是保持了“v²的稳定”。因此，在距离银河系中心大约5.37kpc＜r＜2427.695kpc的广大区域里，恒星的旋转速度曲线是平坦的。

“T”点向外，当r＞2427.695kpc时，在“更大尺度”上，随着半径的增大，恒星的速度将逐渐增大，恒星的旋转速度曲线也将缓慢上升，并呈现“线性关系”。