天体轨道速度的相对论效应

天体轨道速度的相对论效应 天体轨道速度的相对论效应 1/25 2007年3月9日 天体轨道速度的相对论效应 —关于暗物质与暗能量的证明 程卓刚 关键词 相对论 能量 速度 旋转 公转轨道 星系 哈勃定律 加速度 宇宙 暗能量 暗物质 摘要 根据系统时间相对效应原理～文章建立能量守恒体系中的相对论引力形式～提出关于哈勃定律、哈勃常数、宇宙边界、宇宙年龄、γ射线爆等系列相关问题的证明。结果显示暗物质和暗能量均为天体轨道速度效应～“大爆炸”理论不能成立。 根据系统时间相对效应原理～能量体系的能量守恒形式满足: ,1,Et`/Φ=et/φ+e/φ。……,1, dd 2如果能量体系为物体的运动体系～并且e=mc～e=-mvx`～则: d 2Et`/Φ=mct/φ-mvx`/φ。……,2, d 当运动体系内发生能量形式的转换时～相对效应满足: 2Et`?(φ/Φ)=mct-mvx`?(φ/φ)。 d 2令:η=φ/Ф～η=φ/φ～则有:ηEt`=mct-mvx`/η～ 0v d0v 2Et`=mct/η-mvx`/ηη。 00v ?η=φ/Ф～η=φ/φ～?ηη=φ/Ф。 0v d0vd ,1,根据能量转换系数的定义～φ/Ф+φ/Ф=Ф/Ф=1～ d ?ηη=φ/Ф=1-φ/Ф=1-η。令:η=η～则有:φ/Ф=1-η。 0vd00d 22当E=e=mc时～t`=t/η-vx`/(1-η)c。……,3, 2当t`=t时～E=mc/η-mvx`/(1-η)t～……,4, ,2,狭义相对论洛伦兹变换具有形式: 1/25 1 天体轨道速度的相对论效应 2/25 2007年3月9日 2221/2t`=(t-vx/c)/η～x`=(x-vt)/η～y`=y～z`=z～η=(1-v/c)。 若使系统时间相对效应与洛伦兹变换取得形式上的一致～ 需有:x`/(1-η)=x/η～xη=vt。 运动体系能量守恒的相对论效应与洛伦兹变换对照如表1。 表1 能量守恒体系中的相对论变换与洛伦兹变换的对照 洛伦兹变换 能量守恒体系相对论变换 x`=(x-vt)/η x`=(x-vt)/η y`=y y`=y z`=z z`=z 22t`=(t-vx/c)/η t`=(t-vx/c)/η 221/2221/2η=(1-v/c) η=(1-v/c) - - x`/(1-η)=x/η～ηx=vt 一、能量守恒运动体系中相对论的几何形式 2根据能量转换系数η的定义～0?η?1。设:η=cosα。 作图1～使参考系与运动系的原点,O～O``,及纵轴,Y～Y``, 重合～运动系相对于参考系以速度v在X轴向上运动。 参考图1 能量守恒体系中相对论 参考图2 能量守恒体系中的 的几何形式 引力相互作用 图1中～OB=x～O``A=x``～BC=Δx。 2 22?x?cosα=x-Δx～?Δx=x?(1-cosα)=x?sinα。 2/25 2 天体轨道速度的相对论效应 3/25 2007年3月9日 2222?x=vt/η～?Δx=x?sinα=vt?sinα/cosα=vt?tgα。……,5, 2函数关系Δx=vt?tgα显示当运动系相对于参考系以速度v运动时～决定空间在运动方向上收缩量Δx的因素之一是运动系与参考系轴向的偏转角α～这就意味在能量守恒体系中～相对论效应使得运动体系不是在参考系的X轴向上运动～而是在与X夹角为α的X``轴向上的某个相对位臵运动。 称α为相对论偏转角。 二、引力能量守恒体系中的相对论效应 引力相互作用体系中～物体所受力的方向总是指向质量体系的核心～使得物体运动路径在参考系中与两者连接的轴线,X,重合。但是因为受到能量守恒体系相对论效应的影响～物体的实际运动路径,X`,偏离此轴线～X与X``之间产生偏转角α～具体情形如图1。因为引力作用各向同性～偏转角α存在于所有引力作用路径中～导致物体的实际运动路径成为围绕引力核心质量运动的曲线轨迹。即:使图1中的曲线以X``为对称轴翻转180?～可以得到图2所示的能量守恒引力体系中的相互作用几何模式。 图2中～OB=x～OA=x``～OC=Δx～AB=CB=R。 图2显示引力质量围绕引力核心转动是引力体系能量守恒或基本守恒的相对论形式。天体轨道运动是该结论的典型现象。 注意到在引力相互作用中～由于受到相对论效应的影响～原本物体在参考系X轴向上的运动速度v转变为物体围绕引力核心的转动速度。狭义相对论效应在能量守恒条件下与引力作用下物体旋转平面3/25 3 天体轨道速度的相对论效应 4/25 2007年3月9日 的相对论效应等效～这里的所谓能量守恒条件即: 2x`/(1-η)=x/η～ηx=vt～η=cosα。 2方程,4,形式转换:E=mc/η-mvx/ηt～v/t=g,重力加速度,～ 22mvx/ηt=x?mg/η=x?(GMm/ηR)～mg=GMm/R。 22222?x/t=v/η～?mvx/ηt=mv/η=x?(GMm/ηR)～v=(GM/R)?(ηx)。 由图1、2可知～M与m之间的引力作用距离R实际上就是引力作用方向,X,上空间尺度收缩后的距离～R=x -Δx。 2 221/2ηx=x?cosα=x-Δx=R～v=(GM/R)?(ηx)=GM/R～v=(GM/R)。 ,3,1/2牛顿力学方程v=(GM/R)给出球状星云中距离引力核心R处天体围绕核心质量,M,转动的速度v～与能量守恒体系的相对论引力在形式上一致。 尽管形式相同～但v是物体在参考系X轴上的直线运动速度～而不是引力作用下物体的实际转动速度v。 ?ηx=vt～?v=ηx/t。 2 显然～参考系中v=x/t～当η=cosα=1时～v=ηx/t=x/t。当α>0时～ 2 2 v=ηx/t=x?cosα/t=v?cosα0～则: 2221/21/2dR/dt=-4πσμ?xtgαsecα/(1+2πμ?tgα)～ ee 2221/21/2R=-4πσμ?xt?tgαsecα/(1+2πμ?tgα)+C。 ee ?t=0～C=R～ 0 2221/21/2?ΔR=R-R=-4πσμ?xt?tgαsecα/(1+2πμ?tgα)。 t0ee ?dα/dt=σ～α=σt+C。t=0～α=0～?α=σt。……,15, 2221/21/2?ΔR=R-R=-4πμ?x?αtgαsecα/(1+2πμ?tgα)。 t0ee —1/2运动体系时间t=μ?t中引力空间随时间收缩～引力作用距离e+e —1的收缩量与时间正相关～表示为:R?t。 — 1/2同理～当t=-μ?t时～有: ee 2221/21/2ΔR=R-R=4πσμ?xt?tgαsecα/(1-2πμ?tgα)。 t0ee 2221/21/2=4πμ?x?αtgαsecα/(1-2πμ?tgα)。 ee —1/2运动体系时间t=-μ?t中引力空间随时间膨胀～引力作用距—ee 离的膨胀量与时间正相关～表示为:R?t。 42232?cosα=1-v/c～?4cosαsinαdα=2vdv/c。 223令:dα/dv=ρ～则:α=ρv+C。v=0～α=0～C=0。?v/c=2αsinαcosα。 对于地球～α=0.004027?～v=29790m/s～ ——223 221α=v/2c?sinαcosα～1?=0.0174434～σ=α/t=4.840×10?s。 相对论偏转角1?=0.0174434～无量纲～而1?=0.01745弧度。 在目前地球公转状态下～相对论偏转角1?约等于相应的弧度值。 方程,15,表达的物理意义为:如果σ为常数～天体公转速度是 10/25 10 天体轨道速度的相对论效应 11/25 2007年3月9日 时间的函数～与引力质量无关。 关于天体公转轨道速度的相对论引力动力学方程形式为: 2424221=vR/μGMtgα=vR/GM～cosα=1-v/c。……,16, pr 其中～v—基于地球公转轨道时间得到的目标天体公转速度,α—目标天体公转轨道相对论偏转角,μ—任意行星相对论效应因子～p 16对于目前地球～μ=μ=4.098360×10。 pe 四、天体轨道速度产生的相对论空间对称效应 1、关于哈勃定律、哈勃常数的证明和对其物理意义的

分析

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地球的轨道运动包括两个方面:一方面作为太阳系成员～地球与太阳以及其他太阳系成员一起共同围绕银河系中心转动～平均转动速度为220km/s,另一方面地球围绕太阳公转～平均速度为29.79km/s。这两种轨道运动都会产生相对论速度效应。 对方程,14,以静止参考系距离x作为参照得到下列方程组: 21/2,?,R=x/(1+2πμ?tgα)～ e 2221/21/2ΔR/xt=v/x=-4πσμ?tgαsecα/(1+2πμ?tgα)。 ccee 1/22转换参考系: x=R?(1+2πμ?tgα)～ e 22221/21/21/2v/x=v/R?(1+2πμ?tgα)=-4πσμ?tgαsecα/(1+2πμ?tgα)～ cceee 221/21/2v/R=-4πσμ?tgαsecα/(1+2πμ?tgα)=H。……,17, ceec 太阳系在银河系中的公转速度v=220km/s～α=0.029731?～代入方程,17,后得到:H=-57.4km/Mpc?s。 c 地球在太阳系中的公转速度v=29.79km/s～α=0.004027?～代入方程,17,后得到:H=-0.00037km/Mpc?s。 c 11/25 11 天体轨道速度的相对论效应 12/25 2007年3月9日 以引力距离R本身作为相对论空间效应参照量～与太阳系在银河系中公转速度,以下简称太阳轨道速度,产生的空间效应相比～地球围绕太阳公转产生的效应量可以被忽略～以下不做讨论。 21/2,?,R=x/(1-2πμ?tgα)～ e 2221/21/2ΔR/xt=v/x=4πσμ?tgαsecα/(1-2πμ?tgα)。 ccee 根据方程形式可以判定v/x>0～天体的轨道速度产生空间膨胀e 21/2效应。但是如果直接采用x=R?(1-2πμ?tgα)转换参考系～得到的变e 221/21/2换形式为:v/R=4πσμ?tgαsecα/(1-2πμ?tgα)。在α=0.029731?的eee 2 1/2条件下～1-2πμ?tgα<0～并最终导致v/R<0～与原方程表达的效ee 应形式方向相反—效应空间收缩。参照量,标量,的改变不应改变效应方向～满足原方程效应方向的形式为: 221/21/2v/R=4πσμ?tgαsecα/|(1-2πμ?tgα)|=H～v=H?R。…,18, eeeeee 采用太阳系在银河系中的公转轨道偏转角α=0.029731?～由方程 ——181,18,得到结果:H=1.86×10?s=57.73698km/Mpc?s。 e 注意到在α的值域,0～π/2,内方程,17,、,18,分别取得相对论空间收缩与膨胀效应。就对称形式而言～在α的值域,0～π/2,内～实现方程,18,的转换形式可以理解为存在以下变换: 22?tg(α+π/2)=- tgα～tg(α+π/2)=tgα～ 21/2?v/x=v/R?(1-2πμ?tgα) eee 2221/21/2=4πσμ?tg(α+π/2)secα/„1-2πμ?tg(α+π/2)?～ ee 221/21/2v/R=-4πσμ?tgαsecα/(1-2πμ?tgα)。……,19, eee 上述对称形式的几何原理如参考图3。 12/25 12 天体轨道速度的相对论效应 13/25 2007年3月9日 参考图3 天体轨道速度产生的相对论对称性空间效应 图3中～平移L至L`的位臵可以得到相对论空间膨胀效应～在m上沿L`指向进行观测的结果显示引力空间膨胀,而在垂直于L`的、m轨道切向上进行观测的结果显示引力空间收缩。 注意到L平移并与L`重合后～ L`指向上观测到的目标天体光谱红移发生在引力作用线上～重力场产生的光谱红移—爱因斯坦红移臵换多普勒效应产生的光谱红移～即:太阳轨道运动产生的空间膨胀效应与银河系中心重力场引起的光谱红移等效～当其为地球及其附属天体观测并记录时～形成各向同性的三维引力空间膨胀效应～与系统时 1/2间相对效应μ=?(t`/t)共同构成引力体系相对论四维效应时空。 p 根据观测星系光谱波长“红移”现象～哈勃提出关于星系之间彼此退行速度的哈勃定律v=HR～其中哈勃常数经历数次修正后为目前0 ,3、4,确认的H=50，80(km/Mpc?s)～与依据方程,19,以及太阳轨道0 速度给出的膨胀常数H=57.73698km/Mpc?s充分吻合。 e 619在“兆秒差距”Mpc=10pc=3.086×10km这样的大尺度上～这种吻合很难用巧合来解释。实际上这种吻合强烈提示根据哈勃定律和哈勃常数提出的“宇宙膨胀”其实只是太阳系围绕银河系中心运动产生的相对论效应～或者至少该运动产生的相对论效应对于哈勃常数具13/25 13 天体轨道速度的相对论效应 14/25 2007年3月9日 有主要部分的贡献。 支持哈勃常数实际上决定于太阳轨道速度的另一个依据在于:太阳系在近似标准圆的轨道上围绕银河系中心运动～满足方程,14,的逻辑条件～太阳的轨道速度近似为常数～所得到的空间各向膨胀效应 ,3、4,速度基本相同～与“宇宙均匀膨胀”的观测结论一致。 此外～前面的计算表明～与太阳系轨道速度引起的相对论空间效应相比～地球环绕太阳的轨道速度产生的相对论效应很小～而地球自转以及环绕地球运动的人造轨道天体所产生的相对论效应甚至可以 被忽略～但它们都不能摆脱太阳系轨道速度v=220km/s～由此可以解释在充分考虑包括地球自转、公转以及大气层影响等多种因素后～经过哈勃空间望远镜的校正～哈勃常数确定为63?15 (km/Mpc?s)的原因。 2、哈勃常数与观测宇宙边界 已知的最大信息传播速度为光速。对此方程,19,存在特殊解～即:如果地球与目标天体之间的空间膨胀速度大于光速～目标天体的信息将不能到达地球。 对于方程,19,～令:ΔR/t=c,光速,～则:R=c/H。 maxe 23采用H=57.73698km/Mpc?s～R?1.60×10km。天文学研究证emax ,3,23实～目前“观测宇宙”半径约为R?10km～两者充分吻合。采用 23哈勃常数H=50，80km/Mpc?s～R?1.03，1.85×10km。 0max 显然～观测宇宙半径与方程,19,确定的最大空间探测距离Rmax存在必然关系。既然哈勃常数决定于天体轨道速度～宇宙观测半径也必然是天体运动速度的函数～因此存在由天体轨道速度决定的相对论14/25 14 天体轨道速度的相对论效应 15/25 2007年3月9日 “黑空效应”。 3、哈勃定律、哈勃常数与“γ射线爆”及“宇宙背景微波辐射” 哈勃根据目标天体的光谱红移速度提出哈勃定律、确定哈勃常 数。在0.00161?<|α|<π/2条件下～天体轨道速度根据方程,19,产生空间膨胀效应～膨胀速度与星系间距离成正比～与哈勃定律一致。有理由认为哈勃定律的理论形式满足: 221/21/2v/R=-4πσμ?tgαsecα/(1-2πμ?tgα)=H>0～v=H?R。 eeee ee 但是天体轨道速度产生的相对论空间收缩效应发生在轨道切线方向上～不能与引力作用方向重合～只能产生线性空间与时间构成的相对论二维时空效应～效应形式具有明确的方向性。与普遍的、以光谱红移为特征的空间膨胀效应观测事件相比～以光谱蓝移为特征的空间收缩效应观测事件的发生概率必定锐减～但其存在。 在方程,17,中引入α=0.029731?～并且令:|v|=c,光速,～得c 23到结果:|R|=|v|/H=c/H=1.61×10km。 maxccc 根据方程,17,～在参考图3轨道切向上～m上的观测点将发现目标天体光谱伴随|R|?|R|、|v|?c的过程而发生“蓝移”。在maxc |v|=c附近可以得到来自目标天体的最大能量光谱残迹。对于确定的c 天体轨道速度而言～|R|是一个确定值～所以观测点得到的光谱残max 迹应该各向同性。由于是一维空间效应～它在观测中的分布虽然各向同性但不均匀。 因为相对论二维时空收缩效应具有明确的方向性～所以效应观测时间完全决定于目标天体暴露在观测点天体轨道切向上的时间～或者15/25 15 天体轨道速度的相对论效应 16/25 2007年3月9日 说决定于两者运动轨道的相对状态～如参考图4。 参考图4 天体运动轨道相对状态与蓝移效应观测时间示意图 图4中观测点天体A的轨道切线L在时刻a与目标天体B的轨a 迹L相交于a点。在速度、方向契合的条件下～L在时刻b与L相1b1交于b点～轨迹L中a至b段暴露在观测点视野中并得到连续观测1 时间。但是对于目标天体C的轨迹L～即使观测点天体的轨道切线2 分别在时刻a、b与其存在交点～L中a至b段并没有连续暴露在观2 测点视野中～因而不能形成连续观测时间～其在观测中是两个独立的成像点。空间收缩效应的线性性质已经极大地限制了光谱蓝移事件的观测概率～而太阳本身以及目标天体的较大轨道速度又进一步约束连续观测时间～两个方面的因素决定我们只能随机并且瞬间或短时间内实现对光谱蓝移事件的观测。 以随机的、瞬时或短时间的、具有γ射线最高端能量光谱作为观 ,3,测特征～光谱蓝移事件与“γ射线爆”的观测特征完全吻合～有理由相信“γ射线爆”就是存在于R=|R|附近的、由太阳轨道速度决max 定的相对论二维时空收缩效应。 由于目前尚未确定“γ射线爆源”的天体性质～γ—爆点的距离 ,@,始终未能确定。通过改进观测

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～2006年观测并准确测定的金 23牛座方向一个“γ射线爆”距离我们R=120亿光年?1.14×10km～16/25 16 天体轨道速度的相对论效应 17/25 2007年3月9日 23处在由太阳轨道速度决定的|R|=1.61×10km附近～R<|R|。 maxmax 多数“γ射线爆源”的天体性质应该处在我们已知天体范围内。 当R>|R|时～则有|v|>c。基于光速的极限性质～目标天体maxc 电磁波不能进入观测～其情形犹如目标天体信息被约束在观测方向上的确定区域内～区域特征与相对论黑洞完全相同～为与之区别称其为“黑洞效应”。显然～决定于天体轨道速度的“黑洞效应”的性质完全不同于决定于本体质量和半径的广义相对论黑洞。“黑洞效应”的 23“视界”与我们的距离应满足|R|=1.61×10km。 max 同理～根据方程,19,～伴随R?R、v?c～目标天体在观测maxe 点的光谱成像发生“红移”～“红移”速度随引力距离R的增大而增大。当v=c时～观测点得到确定轨道速度v条件下空间探测的最大e 距离R～R以远天体发出的光信息将不能到达观测点～光谱“红maxmax 移”出观测点视野。因此～观测点在v=c附近可以得到来自目标天e 体的最低能量的光谱残迹。就各向同性的光谱性质而言～最低能量光谱残迹可能与“宇宙背景微波辐射”产生联系。 注意到如果最低能量光谱残迹就是“宇宙背景微波辐射”～非连续分布的天体将导致“宇宙背景微波辐射”各向同性但不均匀～与观 2测事实不符。更合理的解释是:引力体系能量转换系数η=cosα～当 α=0.029731?时～η=0.99999973<1～根据能量守恒原则～引力体系中 —27必定存在经典热力学能量耗散～耗散系数η`=1- cosα=2.7×10。对于确定的太阳轨道速度～耗散系数η`为常数～相应的热力学耗散各向同性、均匀分布～与“宇宙背景微波辐射”特征相符。 17/25 17 天体轨道速度的相对论效应 18/25 2007年3月9日 关于引力体系耗散能量的程式形式有待确定。 作为一种普遍的观测结果～天体轨道速度产生的空间膨胀效应将使目标天体光谱在不同程度上产生“红移”～可能影响我们对天体状态或性质的判断。 “黑空效应”与“黑洞效应”强烈提示:人类对于空间的探测距离受限于天体轨道速度。人类对于宇宙的认识并未及达宇宙边界。 4、天体轨道速度的相对论效应与“暗物质” 既然天体轨道速度产生的相对论空间膨胀效应性质与重力场引起的光谱红移等效～当然也应产生广义相对论“引力透镜”效应～区别在于前者决定于天体轨道速度而不依赖天体质量。或者说作为围绕引力核心运动的天体～其轨道速度产生的空间膨胀效应与引力质量产生的爱因斯坦重力场相对论效应等效。 事实上～如果哈勃常数的全部或大部基于太阳轨道速度产生的光谱红移效应～则宇宙总体上相对静止～我们将无条件地重新回到爱因斯坦的静态宇宙模型中～所谓星系之间彼此的退行将被普遍地归因于重力场产生的空间弯曲。对此需要一个解释:如果星系之间距离不变～而彼此观察得到的光谱红移速度为常数～那么星系之间空间的弯曲程度就需要一个稳定的增量～等效于重力场质量的一个稳定增量或轨道天体的加速度常量。 太阳的轨道运动本身就是重力场作用的结果～轨道运动角加速度产生等效的光谱红移～效应形式满足方程,19,。 21/2根据α=σt以及v=?c?(1-cosα)～天体公转速度v将随时间增大。 18/25 18 天体轨道速度的相对论效应 19/25 2007年3月9日 41/2?α=σt～dα/dt=σ～v=?c?(1-cosα)～ 341/2?a=dv/dt=?2σc?sinαcosα/(1-cosα)～a—加速度。……,20, — 132令:α=0.029731?～则a=1.7368×10m/s。 —13目前太阳轨道加速度a=1.7368×10m/s～等效于银河系相对论质量的增量～等效于重力场空间曲率的二阶增量。由于这个加速度引起的速度变化可以被忽略～太阳的轨道运动速度在相当长的时间内基本保持不变～由其给出的空间膨胀速度与观测吻合。 2221/21/2对方程,19,的原型方程v/x=4πσμ?tgαsecα/(1-2πμ?tgα)eee 1/21/2关于时间求导～并令:4πσμ=A～2πμ=B～则有: ee 22222a=dv/dt=dR/dt=A?d„x?tgαsecα/(1-B?tgα)?/dt。 ee 222?dx/dt=0～?a=Ax?d„tgαsecα/(1-B?tgα)?/dt。 e 232222a=„Aσ?x/(1-B?tgα)??„(1-B?tgα)?secα?(secα+2tgα)+ e 244B?tgαsecα?。 2转换参考系～x=R?(1-B?tgα)～tg(α+π/2)=- tgα～则有: 222222a/R=„Aσ/(1-B?tgα)??„(1-B?tgα)?secα?(secα+2tgα)+ e 244B?tgαsecα?。……,21, —— 362 令:α=0.029731?～则:a=5.255×10R?s>0。 e ,@,在基本面上～这个结果与“宇宙加速膨胀”的观测结论吻合。与哈勃定律相似～相对论空间膨胀效应加速度与观测距离成正比。 ——23 132令:R=R=1.60×10km～则:a=8.408×10km?s。 maxe —— 132目前观测宇宙边界处的膨胀加速度a=8.408×10km?s。 e 既然太阳的轨道运动速度及加速度导致重力场空间曲率增大～空19/25 19 天体轨道速度的相对论效应 20/25 2007年3月9日 间膨胀效应加速度与观测结论吻合～太阳的轨道运动就可以引起与广义相对论等效的“引力透镜”效应～该效应不依赖引力质量。这个原理也普遍适用于目标天体。 应当明确的是:与牛顿引力理论不同～相对论中使天体获得轨道加速的动力学原因不是引力质量而是时间～表达形式为:α=σt。更深 2层次上涉及引力体系能量转换系数η=cosα与时间的关系。一般的结论是:轨道天体的运动速度与时间正相关～即与天体年龄正相关。 对银河系的观测证实～远离银心的“星系晕中主要分布最年老的 ,@,极端星族?”～这些天体往往具有较大的轨道速度～它们的轨道速 2度不能由牛顿力学方程v=GM/R和已知银河系质量给予解释。据此天文学界提出“暗物质”猜想～并以对星团观测中发现的“引力透镜” ,3、4,现象作为佐证。 最年老的星族～具有较大的轨道速度～这些天体的运动形式可以根据α=σt做出解释～而太阳本身的运动以及目标天体的运动同样可以不依赖引力质量而产生“引力透镜”效应。这个结论对于其他星系普遍成立。因此有理由确信～所谓“暗物质”现象是附加在牛顿引力作用上的、由天体发育时间决定的相对论效应。 讨论 将狭义相对论形式导入系统时间相对效应产生引力能量守恒体系以及存在其中的相对论效应～澄清其中的函数形式转换关系及其相关物理意义并不容易～取得的结果具有充分的说服力,见表2,。 20/25 20 天体轨道速度的相对论效应 21/25 2007年3月9日 表2 引力能量守恒体系理论值与实际观测值对照表 内 容 理论值 观测值 42.66 43 *水星近日点进动,角秒/百年, 1.92 *太阳引力场弯曲偏转角,角秒, 1.61 ， 1.98 57.73698 ** 哈勃常数,km/Mpc?s, 50 ， 80 23231.60×10 1.0×10 ** 观测宇宙半径,km, 2323 <1.60×10** γ射线爆距离,km, @ 1.14×10 169** “宇宙年龄”,亿年, 160 ， 200 ——236** “宇宙膨胀加速度”,m?s, 5.255×10?R @ + *曾为爱因斯坦广义相对论的实证依据～**本文首次提出～@网上资料。 2222因为1=v?(R/GM-1/c)～所以cosα=v?R/GM<1～作为对牛顿力学方程的必要矫正以及作为引力能量守恒体系中相对论引力力学方 2程的基本特征～能量转换系数η=cosα自然地进入力学函数关系～对于解析引力相互作用以及引力宇宙产生决定性影响。 —1/2相对论引力空间效应体系时间关于t对称～t=?μ?t～但这种对ee 称性却表达在相互垂直的天体运动方向上～其中之一为引力作用的反方向～哈勃膨胀和γ射线爆等观测现象可以分别作为其存在的例证。 若γ射线爆确为太阳轨道切向上的相对论空间收缩效应～那么除发生在|R|附近的“γ射线爆”外～这个方向上其他较近距离的轨max 道天体在观测中也应存在瞬时或短时间的光谱蓝移～也许因为时间太短以及缺乏比较～这些现象未能得到有效记载。由于太阳轨道切线与引力线相交而不重合～这种确定方向“点”上的光谱蓝移不应受到光谱红移的影响。而一旦目标天体离开切线方向～将立即进入膨胀效应区域～成为光谱红移目标。在此意义上～我们可能追踪到“γ射线爆”21/25 21 天体轨道速度的相对论效应 22/25 2007年3月9日 的射电余辉、光学余辉。 引力能量守恒体系中出现了两个重要的物理常数。一个是行星相对论效应因子μ～反映相对稳定的行星轨道速度引起的相对时间效p 应～μ是一个相对常数。作为恒量常数～σ的出现对于解析引力宇宙p 具有决定性作用。它的本质物理意义反映引力体系能量转换系数随时间的变化量为恒量。σ可称为真正意义上的宇宙常数～确定σ的精确量值意义重大。表2结果是对这两个常数存在及合理性的确认。 341/2根据a=dv/dt=?2σc?sinαcosα/(1-cosα)～地球目前的公转轨道 ——132加速度a=1.450×10?ms～这样小的加速度使基于地球公转轨道速度建立的时间效应常数μ以及引力空间膨胀常数H在未来相当长的ee 时间内基本保持不变。 23根据R?1.60×10km?169亿光年的观测宇宙理论尺度～观测max 宇宙年龄约169亿年～与目前普遍接受的宇宙年龄吻合。但是如果宇宙尺度受限于“黑空效应”～实际的宇宙尺度和宇宙年龄都将无从估算。此外～169亿年只是光的行期～是恒星辐射能量到达地球的时间～而从物质堆积到以恒星形式活动的一段天体发育年龄不可能包含在169亿年中～或者说天体的轨道年龄包含恒星形成前的“质量累积期”和以后的“恒星活动期”两个阶段。至少目前的宇宙年龄没有包括最遥远星体“质量累积期”这一部分轨道发育年龄。 根据地球年龄以及地球公转轨道偏转角α～依照α=σt得到的常 ——221数为σ=4.840×10?s。太阳轨道偏转角α=0.029731?～按照这个常 ——221数值～太阳年龄t=0.029731?×0.01745/4.840×10?s?340亿年～22/25 22 天体轨道速度的相对论效应 23/25 2007年3月9日 显著大于目前估算的150亿年。忽视太阳在其轨道上的“质量累积期”可能是造成差异的直接原因或主要原因。 18太阳轨道年龄t?340亿年=1.0729584×10s对于相对论效应具 —18有合理性～因为按照膨胀效应常数v/R=(R-R)/R?t=H=1.86×10/s～et0te —18(R-R)/R=1.86×10?t/s=1.9957～-R=0.9957R。考虑到时间的方向t0t0t 以及计算误差～实际上R?R～所谓宇宙膨胀完全是时间效应。但若0t 17采用t?150亿年=4.7336399×10s～则只有R?0.88R。 0t 如果以目前所知宇宙尘埃对球状天体质量的贡献速度估计～要构建恒星必须的质量～它的“质量累积期”的确很长～除非存在某个质量快速增长阶段～而这又需要某种相应的动力学机制。看起来～宇宙 ,3、4,“大爆炸”和“暴涨”学说提供了这样的机制。 问题在于:既然哈勃常数的主要部分或基本部分来自于太阳轨道速度产生的相对论效应～那么宇宙膨胀即使存在也会大打折扣,如果引力体系产生的能量耗散可以解释“宇宙微波背景辐射”～“大爆炸”理论将失去最重要的实证依据,既然宇宙尺度受限于“黑空效应”～宇宙的物质总量将无从估计～很难想象“无限大”的物质能量曾经约束在一个“数学奇点”中。 我们必须重新考虑“大爆炸”学说的合理性～尽管这并不容易。 实际上～仅仅根据哈勃定律和哈勃常数本身就可以确认存在“黑空”效应～天文学界为什么在过去的70多年间对此视而不见～始终囿于“观测宇宙”却尝试构建整个宇宙的历史—它的起源、演变以及整体规模的归宿,一个简单的原因是宇宙膨胀的速度不能超越光速。23/25 23 天体轨道速度的相对论效应 24/25 2007年3月9日 但在相对论效应中～只要宇宙的尺度充分大～哈勃定律cz=Hd就允0 许空间膨胀速度超越光速:z?1～d?c/H。这与物体运动的光速极0 限并无冲突。至于实际观测中只发现z<1～也仅仅因为z=1时进入观测的“黑空视界”～并不能证明“黑空视界”之外不存在宇宙物质。 考察一个与世隔绝的孤岛上物种的存在状态～可以发现它们对于孤岛来说总是合理的。如果将这些物种带入外部世界～它们的缺陷会暴露出来。在一个封闭体系中考察这个体系事件的合理性～这些事件对于体系的封闭性也总是合理的～但不一定具有普遍的真实性。 就原理而论～检验相对论天体轨道速度效应的方法很多～光谱蓝移事件是其中之一。此外～相对论轨道速度膨胀效应在转换参考系的 2 1/2过程中依赖条件:1-2πμ?tgα<0～|α|>0.00161?。根据α=σt～相e 1/2应的时间为:t?18.4亿年。也就是说～如果仍然采用时间常数μ～e地球在18亿年前观测的结果会显示宇宙普遍收缩。但依照这个原理对相对论轨道速度膨胀效应进行检验存在实际困难～因为改变天体的 1/2轨道速度也会同时改变时间效应常数μ。可行的方法是释放人造航e 天器～使之围绕银心转动的轨道速度显著不同于太阳的轨道速度～航天器记录到的“宇宙膨胀”常数应与哈勃常数有所不同。如果宇宙的确均匀膨胀～两者应相同。 系统时间相对效应在引力空间效应的判定中具有重要作用。 参考 1、《系统的相对时间效应》程卓刚。 2、《狭义与广义相对论浅说》A〃爱因斯坦著～杨润殷译～上海科学24/25 24 天体轨道速度的相对论效应 25/25 2007年3月9日 技术出版社出版～1964年8月第一版。 3、《天体物理学》 李宗伟 肖兴华著。高等教育出版社～2000年7 月第一版。 4、《当代物理学进展》 魏凤文 王士平 申先甲著。江西教育出版社～ 1997年8月第一版。P。 —206131 Abstract Dependding on the principle of the relativistic effects of the time in system,REOTIS,～the relativistic equations about gravity have been set up in this article on the principle conserving energy in system～and by which～this article gives out the proofs to a series of related problems such as Hubble`s low、Hubble constant、the boundary of cosmos、the age of cosmic 、γ-explosive radiation etc。 All the results show that both dark matter and dark energy are defined to be the relativistic effects caused by the speed of celestial body moving on the orbits。 The “big bang”theory about the cosmos can not be accepted。 25/25 25