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张洞生新黑洞理论之5(下)

2017-01-17  私有资料

张洞生 新黑洞理论之5 (下)

==新黑洞理论公式计算出宇宙<</span>时间简史>中各时间点的准确参数值==

==本文摘录改编自拙作《黑洞宇宙学概论[4]》==

                            张洞生               zds@outlook.com

 

第四;‘#5最后的同温同密度黑洞Mbt’的意义,‘原始黑洞=元黑洞Mo’与‘次生黑洞’,宇宙透明意味着什么?

   表二中可见,从‘#5最后的同温同密度黑洞Mbt’向左的5种黑洞,都是我们宇宙在膨胀过程中的‘原始黑洞’,它们和我们整个宇宙在同一时间,都有均匀地相同的温度和密度,其辐射成分和物质成分二者,通过康普顿效应耦合在一起,形成一大团‘浆糊’,它们是通过合并同类的黑洞,而以光速C按照哈勃定律有规律性的膨胀。整个宇宙是不透明的,但是很均匀的。这是宇宙年龄在‘辐射时代’结束之前,即385,000年之前的整体状况。

在此之后,宇宙开始进入‘物质占统治地位的时代’,宇宙变得透明了。因为宇宙中辐射成分和物质成分因退耦而分开,各走各路,于是部分物质粒子在引力作用下收缩升温而爆炸后形成‘致密星体’或者黑洞,但是辐射能则继续膨胀降温,因此#6恒星級黑洞Mbh和 #7巨型黑洞Mbj是宇宙中物质粒子的引力收缩结果形成的,所以不是宇宙的‘原始黑洞’,而是‘次生黑洞’。这些‘次生黑洞’都是由物质的引力收缩形成的,其内部的密度温度和结构是不相同的,它们因吞食外界能量-物质而膨胀,但是其膨胀速度远小于光速C。它们因发射微小的霍金辐射mss而收缩,所以收缩是极其缓慢的。

表二中可见,#6和 #7黑洞的能量-质量远小于#5黑洞,而其密度远大于#5黑洞,可见#6和 #7黑洞是不可能在#5黑洞之前存在于宇宙之中的。

按照哈勃定律公式,设tu是宇宙特徵膨脹時間,rbu為其相對應的宇宙密度。

tu = (3/8πrbuG)1/2              (2a)

根据(2a)式,在tu約為宇宙誕生後tu ? 385000年時,即宇宙剛結束輻射時代Radiation Era之前的#5黑洞时代,可计算出那時宇宙密度已經下降到rbu ?10—20g/cm3(参见表二)。而此時#7巨型黑洞的密度rb7 >10—1 g/cm3。可見,在輻射時代結束之前,從宇宙背景輻射圖顯示,宇宙內部的能量-物質密度是相當均勻的,物質和能量是耦合在一起可以相互轉化的。這些‘原始黑洞Mo’只能互相緊貼在一起,与其它的‘元黑洞Mo’合併,而隨著宇宙的膨脹而膨脹,不可能單個地收縮而保存下來。可見#6、#7號黑洞是宇宙膨脹到物質統治時代後,由於輻射與物質的分離,輻射溫度的降低比粒子溫度的降低快得多,於是大量的物質粒子才會收縮成為後生的 #5#6黑洞。

另一方面,#1~#5的5種‘原始黑洞’也都不可能出现、存在、而只能消失於385000后的‘物质占统治时代’的宇宙中。

但是不管是‘原生黑洞’,還是‘次生黑洞’,只要其Mb相同,其它的一切特性和參數值RbTb mssτb等等都会完全相同,其膨脹和收縮規律和命運也相同。

1从‘宇宙大爆炸标准模型’中,在宇宙膨胀演变从#1最小黑洞~#5最后的同温同密度黑洞Mbt消失前,即tsbm=385000年之前,宇宙时间(年龄)t与宇宙温度T的关系可由下面的公式 (2b)准确地描述,Tbm 和tsbm是最小黑洞Mbm的温度和史瓦西时间,Tbt和tbt#5黑洞Mbt的温度和史瓦西时间,

Tt1/2= k1                         (2b)

\Tbm (tsbm)1/2 = Tbt (tbt)1/2

Tbt= Tbm(tsbm/tbt)1/2 =0.711032k(0.53710-43/385000 3.156107)1/2 = 4720k   

在宇宙輻射時代結束時,即在tsbm=385000整个宇宙和#5黑洞Mbt溫度相同,即Tbt = 4720k時,求輻射所耦合的物質粒子的相當質量mne。按照(1b)式,mss = κTb/C2

mne=κT bt /C2=1.3810—164720/91020=7.2310—34        (2c)

mne = 7.2310—34g是什麼?請看資料:電子中微子的質量上限υe= 9.110—33g,一個光子的等價質量= 4.210—33g電子質量 = 9.1110—28g,μ子中微子的質量上限 = 4.810—28g。可見,mne應該是電子中微子或者電子反中微子,它們應該是宇宙中最小的物質粒子了,它們也是輻射時代結束時,mne所對應的光子= 4.210—33g(輻射能)的靜止質量。一旦在宇宙輻射時代結束,輻射能即與與其對應的這種最小的物質粒子(電子中微子)解除耦合後,宇宙就變成透明的了,再也没有更低温更微小的物质粒子与辐射能耦合了。宇宙就成為輻射成分與物質成分分離的物質占統治的時代了,在這個時代,輻射能因宇宙的膨脹而降溫和增加其波長;物質粒子團的收縮就形成了星雲,繼續收縮會產生核聚變而形成恒星系統,某些適合條件的行星,最後會演化出生物甚至有智慧的人類。

2)質子的質量mp = 1.6710—24g因此,mp/mne = 1.6710—24/7.2310—34g = 2.3109 ≈ 10億 :1                                  (2d)

這個10億:1 就是輕子(光子)與重子數的比例,也是輻射時代結束時輻射能相當質量(= 中微子質量)與質子質量的比例。

 

第五;‘大宇宙’的可能结构。如果‘我们黑洞宇宙’外还有其它的宇宙的话,那么它就只是一个‘小宇宙’,是‘大宇宙’的一部分。

美國北卡萊羅纳大學教堂山分校理論物理學家勞拉?梅爾辛?霍頓(the U.S. University of North Carolina at Chapel Hill,theoretical physicist Laura Mersin Horton)早在2005年,她和卡耐基梅隆大学的理查德?霍爾曼教授提出了宇宙背景輻射在早期存在異常現象的理論,並估計這種情况是由於其它外在宇宙的重力吸引所導致。2015年3月,歐洲航天局公佈了根據普朗克天文望遠鏡捕捉到的資料繪製出的全天域宇宙背景輻射圖這幅迄今為止最為精確的輻射圖顯示,目前宇宙中仍存在138億年前的宇宙大爆炸所發出的背景輻射有異常現象。霍頓在接受採訪時說:「這種異常現像是其他宇宙對我們宇宙的重力牽引所導致的,這種引力在宇宙大爆炸時期就已經存在。這是迄今為止,我們首次發現有其他宇宙存在的切實證據。

其次,#8我們宇宙巨無霸黑洞 Mbu ? 1056g。根據計算,將現在整個宇宙退回到其誕生時的普朗克領域時,其球半徑 ? 10—13cm就是說,初生的宇宙只有現在的一個氫原子的大小。由於我們宇宙現在還在按照哈勃常數定律以光速C膨脹,這表明我們宇宙黑洞Mub現在的視界半徑之外還有多於Nbu=1061個的最小黑洞Mbm尚未合併進來,還在繼續合併。宇宙之外還可能有能量-物質存在,表明宇宙之外並非真空。而且,我們宇宙誕生時是如此之小,如果是「前輩大宇宙」塌縮而成,就不太可能只塌縮出唯一一個我們宇宙如此小的泡泡,定會同時塌縮出大小不同的、像葡萄珠一樣的許多宇宙小泡泡,在‘大小宇宙’都膨脹之後,会成為與我們宇宙平行的多宇宙,我們宇宙只不過是其中之一個小泡泡或一粒葡萄而已。

我們宇宙外「大宇宙」的結構可能就是大黑洞內套著諸多小黑洞(平行宇宙)的多層次多宇宙結構。

從上節可見,‘#8我們宇宙黑洞’內的各個星系中心有#7巨型黑洞,包括我們銀河系中心也有巨型黑洞。在我們宇宙空間,還有許多#6恒星級黑洞。如果某些巨型黑洞內可能也存在恒星級黑洞的話,那在我們宇宙就有3層大小黑洞套著。既然我們宇宙外現在還可能有大量的能量-物質被吞噬进來,而且近來已經發現已有其它宇宙的證據,表明我們宇宙只不過是誕生於一串葡萄中的一顆葡萄而已。至於我們宇宙之外有多少層更大的宇宙黑洞套著我們宇宙黑洞,而我們宇宙黑洞又有多少平行的兄弟姐妹黑洞,這都是人類永遠無法知道的。人類本身不過是大宇宙中偶然的短暫的過客而已。假如我們宇宙內的某巨型黑洞內有類地行星,如果上面有高級智慧生命,我們與他們都無法通訊,對我們宇宙黑洞CBH之外就更加不可知了。

 

<3>;对#1黑洞~#8黑洞的特性和它们之间的关系分别予以论述和分析

   #1~#5黑洞只能存在于宇宙早期的膨胀过程中,在现今物质与辐射能已经退耦的物理世界,不可能再产生#1~#4这4种‘次生黑洞’,但是有可能产生‘#5次生黑洞’。

#1最小黑洞Mbm;是產生我們宇宙的原細胞──原生最小黑洞。

Nbu ≈1061個 Mbm的不斷地合併形成了我們宇宙的「原初暴漲」,即我們宇宙的「大爆炸」。之後它們繼續不停地合併膨脹又造成了宇宙黑洞以光速C的膨脹。它們是宇宙中有最高能量密度和溫度的粒子,也是宇宙中壽命最短的粒子,壽命10--43秒。

Mbm= mp是連接我們物質世界與普朗克領域的臨界點與轉折點,將二者天衣無縫地連接在一起,正如摄氏00C的水中,有冰与液态水可共存一样;又可分隔為本質截然不同的兩個物理世界,一是普朗克领域,由宇宙最高温度和最高密度的普朗克粒子mp=Mbm最小黑洞组成,二是我们黑的宇宙,二者服從決然不同的物理規律。人類未來是否探測到、認識到普朗克領域及其的規律呢?

#2微型黑洞也可稱之為「原初宇宙小黑洞」Mbo ? 21015g,它是宇宙「原初暴漲」後的結果。

它發射的霍金輻射mss相當於質子質量。它的總質-能量含有Mb ? 1039個質子,其視界半徑只有一個原子核的大小。1039是狄拉克大數假說中的大數。它的壽命與宇宙的年齡相當。霍金在1970年代曾預言它們可能遺留而存在於现代宇宙空間,但實際不可能。因為當時的宇宙密度ρu,即 Mbo的密度ρbo= 1015g/cm3,在如此高密度下,所有的Mbo只能緊貼在一起合併,並隨著宇宙的膨脹而膨脹,物質粒子和輻射能在不停地轉變,它們不可能殘存至今。所以科学家们化了10年时间他没有在宇宙空间找到它。

#3型黑洞Mbx=2×1018g:其霍金輻射mss的質能me ?10--27g ? 電子質量。此時宇宙中多於質子數的正負電子會湮滅成為能量。

#4月亮级黑洞Mby=1026g;它們在其視界半徑Rb上的溫度Tb ? 2.7 k,即宇宙現在的微波背景輻射的溫度2.7k。

從理論上說,假如在宇宙空間出现一些孤立的Mby<</SPAN> 1026g黑洞,其Rby的溫度Tby>2.7k,它就無法吞噬宇宙中的能量,只能向宇宙空間發射相當於mss>10--36 g能量的輻射,而不停地收縮其體積,直到最後收縮成為Mbm ? 10--5g在普郎克領域爆炸而消亡。如果這些黑洞Mby> 1026g,其霍金輻射溫度Tby< 2.7 k,它就會吞噬完其周圍的能量後,再發射霍金輻射而收縮,最後收縮成為Mbm?10-5g在普郎克領域爆炸而消亡。其壽命將極大地增加。

#5‘最后的同温同密度黑洞Mbt=2.51051g’;对它详细的论证和分析可见上节<2>第四节,它曾经是宇宙早期出现过的‘原生黑洞’,还有可能是存在于现今宇宙中某处的‘次生黑洞’。但二者内部的成分结构和状态是完全不同的,前者内部是同温同密度的、均匀的能量-物质浆糊,或者内部是温度密度不均匀的物质。但是二者发射的霍金辐射mss是相等同的。

#6恒星級黑洞Mbh=6×1033g(3Mθ)這類黑洞是後生的‘次生黑洞’,它們是確實存在於宇宙空間的物质实体。

由於新星或超新星的爆炸後,其中心的殘骸在巨大的內壓力下塌縮而成。也有可能由於雙星系統中的中子星在吸收其伴星的能量-物質後,當質量超過3Mθ的奧本海默-沃爾可夫極限時,就會塌縮成一個恒星級黑洞。由於宇宙中多雙星系統,此類黑洞大多數隱藏於雙星系統中,也有一些恒星級黑洞孤獨地在宇宙空間漂浮。由於其视界半径的温度?10--7k,即Tb<<2.7k,所以它只會吸收其伴星和其周圍的能量-物質而繼續增長其質量。它的壽命一般大於1066年。實際上,尚無真實直接的觀測證據顯示恒星級黑洞是如何形成的。

#7巨型黑洞Mbj=1042g ? (107 ~ 1012) Mθ:此巨型黑洞存在於星系團和星系的中心,他們是在宇宙進入‘物質為主的時代’後的早期形成。

巨型黑洞內還可能存在有恒星級黑洞。類星體是一些巨型黑洞的少年時期。由於它們都處在星系團的中心,其週邊远处尚可能有許多能量-物質可供吞噬,因此,它們還可能繼續長大。直到吞噬完週邊所有的能量-物質後,才會極慢地發射極微弱的霍金輻射。其壽命將大到1076~101年。

#8宇宙黑洞Mub=1056g:前文「新黑洞理论之4」中,已完全證實我們現在的宇宙就是一個「史瓦西宇宙大黑洞」。

哈勃定律所反映的宇宙以光速C膨胀的規律就是我們宇宙無數最小黑洞Mbm合併所造成的膨脹規律。我們宇宙黑洞現在還在膨脹,這表明宇宙外面還有許多剩餘的Mbm和能量-物質可供吞噬。我們無法知道宇宙外面還有多少Mbm和能量-物質可被吞噬。我們宇宙黑洞現在發射的霍金輻射粒子mss ?10—66g,約隔1012年才發出下面一個mss。而1012年比我們宇宙現在的年齡137億年還長呢。

 

<4>;不同大小質量黑洞Mb的霍金輻射mss有不同的特性。

第一、#1最小黑洞只能爆炸解體在普朗克領域,產生最高能量的γ-射線。

在#1最小黑洞 ~ #2微型黑洞1015g之間黑洞:其霍金輻射mss 質子質量(pm =1.6610--24g ) Mbm最小黑洞10—5g它們是高能量的γ-射線。

在#2微型黑洞1015g ~ #3小型黑洞2×1018g之間的黑洞,它們所發射的霍金輻射mss的質量是介乎質子質量pm ~ 電子質量em之间的γ-射線。

在#3小型黑洞2×1018g ~ #6恒星級黑洞6×1033g之間的黑洞(但是#5‘最后的同温同密度黑洞Mbt除外),它們所發射的霍金輻射mss的波長是介乎x射線 ~ 最長的無線電波的輻射能。

#6恒星級黑洞6×1033g~ #8我們宇宙大黑洞之間的黑洞(包括#5‘最后的同温同密度黑洞Mbt在内),它們所發射的霍金輻射mss 是 10—44g ~ 10—66g,根據它們的波長判斷,它們應該是目前尚無法觀測的引力波。

對《弦論》的質疑:從前面的證明可知,實際上,我們宇宙只能誕生於Mbm= mp=10—5g普朗克粒子,它就是宇宙中最高能量的「」--最大的能量粒子,其波長λss =2Rbm= 3×10—33cm,其溫度=0.7×1032k,是宇宙中最高温度最短的「」。所有各种大小不同黑洞Mb的霍金輻射mss都是温度频率和波長不同的「」,它们必須符合公式 (1b)的「」。由于从#1~# 8黑洞所发射的霍金辐射mss的相当质量相差1061倍,因此其温度频率波长也相应地相差1061倍。如果《弦論》中的彼「弦」不同於作者在本书中mss波長、溫度、相當質量的此「弦」,就无法解释论证现实物理世界中mss作为「弦」的特征和性质,《弦論》與我們現實宇宙何干?那么,11维、26维等《弦論》《模论》就都不过是种种‘高级数学游戏’而已。正如‘魔方’找不到任何‘自然物体’作为它的‘对应物’一样。

 

第二;将#1最小黑洞Mbm = 10—5g與#8們宇宙大黑洞 Mbu ? 1056g的各種參數值比較如下:

質量比值;Mb8/Mb1 = Mbu/Mbm = 1056 /10-5 = 1061;

視界半徑比;Rb8 / Rb1=1.5×1028/1.5×10-33= 1061

史瓦西時間比;ts8/ts1= 0.5×1018/0.5×10-43 = 1061;

Rb上閥溫比值;Tb8/Tb1=7×10--30/0.8×1032= 10--61

mss的比值;mss8/ mss1 = 10—66/10—5 = 10--61

--dτb是黑洞發射2個鄰近mss的間隔時間的比值:

 b8/  b1 =3×1019/3×10—42 = 1061

mss 的數目ni比值;ni8/ ni1 = 10122/1 =10122;

信息量Im的比值;Im8/Im1 = 10122/1 = 10122

黑洞平均密度rb比值;rb8/rb1= 7×10—30/7×1092 = 10--122

壽命比值;τ b1b8 = 10142/10—42 = 10184;

從上面的比值來看,#8洞與#1各種性能參數的比值,凡與黑洞質量Mb成正比或成反比的參數,其比值均為1061(與組成宇宙Mbu的最小黑洞的數目相同);凡與黑洞質量Mb2成比例的參數,其比值均為10122;黑洞壽命與Mb3成比例,所以其比值為10183這些準確的比例數值證明了本文新黑洞理論和所有公式的正確性和圓滿的自洽性。同時,也證明广义相对论EGTR中存在無準確數值、無限大密度的「奇點」的荒謬性。

 

第三;作者黑洞新理論和公式的正確性,可以完全從表2中計算出來,可從宇宙現在#8宇宙黑洞Mub=1056g的真實密度rub正確性證實‘新黑洞理论和公式’的正确性。

根據史瓦西黑洞的的本性公式1m可知ruRu2 = 常數。因此,

rub= rbm(Rbm/Rub)2 =1092(10--61)2 = 10—30g/cm          4a

重要結論:這就是宇宙當今的實際密度rur=10—30g/cm,可直接由黑洞公式和表二中的資料正確地直接計算出來,並完全與現代觀測資料相符合,這再一次驗證了作者在本書中提出的新黑洞理論的正確性。

 

<5>; 简短的总结。

   作者主要根据「新黑洞理论公式」及其它已有的公式,已经将我们宇宙整个<</span>时间简史>中的,各时间点的主要物理参数值完整精确地计算出来,并且将在宇宙演变过程中有特殊性的8种黑洞的物理参数值列在表二中,这些参数值是以黑洞总能量-质量Mb和宇宙年龄Au=tu黑洞的史瓦西时间为主轴、用相应的公式精准的计算出来的,并且完全与近代的天文观测数据为依据和理论值相符合。请看看鼎鼎大名的霍金的<</span>时间简史>吧,你能从书中找到宇宙中某一时间点的一组准确量化的物理参数值吗?不怕货比货,对照着2本<</span>时间简史>看看,虚实对错优劣摆在眼前,自可判明。作者并非贬低霍金和贝肯斯坦在黑洞物理学上的伟大成就,而是力图在他们伟大成就的大树上开出一些新花结出一些新果。更重要的是,许多参数,如霍金辐射mss,黑洞密度ru,黑洞发射相邻2霍金辐射的时间--dτb,霍金辐射mss的信息量Io、黑洞的总信息量Im和波长lss,黑洞的熵Sb等等的数值,以前有人计算出来过吗?像mss,--dτb,Io,Im等,甚至无人提出,只有作者头一次提出、并且用新公式计算出来了。对错好坏与否,衷心欢迎学者读者们批判打假,以利科学的进步和发展。至谢至谢。====全文完====

 

參考文獻:

1王永久:《黑洞物理學》。湖南師範大學出版社。20004月。公式(4.2.35)。

2蘇宜:《天文學新概論》。華中科技大學出版社。20008月。

3何香濤:《觀測天文學》。科學出版社。2002.4.

4;张洞生:原书《黑洞宇宙学概论》台湾 籣臺出版社ISBN 978-986-4533-13-4

(1); 网上看全书文:谷歌或者百度搜索《李学生博文》,再从其搜索框中搜索<</span>黑洞>,或者上网

http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=2892843&do=blog&view=me&from=space

(2);台湾书店邮购:台湾博客网络书店购书:E—MAIL: books5w@gmail.combooks5w@yahoo.com.tw 电话:(8522150 -2100             传真:(8522356-0735

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