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四种基本相互作用力的完全统一
1 M) ?1 @' z. }0 n5 G) ^发表日期:2009年3月2日 编辑:fuli 有23位读者读过此文( x) u5 G5 k* m. o9 a1 H7 j% o- l
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黑龙江省普阳农场柳西(156213) 赵世利1 H/ |) s, P- r8 ~; i, ~
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8 G% }7 m& | y6 D; I6 d* D摘要 万有引力、电磁力、强相互作用力、弱相互作用力这四种作用力是统一的,它们都是由一种基本粒子的振动波来传递的,只是波的形式不同。任一质点(物质)都使与其碰撞的这种基本粒子径向振动的动量减少(波长拉长)并向外传递形成(万有)引力场;电子(电荷)使与其碰撞的这种基本粒子径向振动的横向上增加动量并向外传递形成静电场;运动的电荷(电流)使与其碰撞的这种基本粒子在原径向振动状态上增加了两个垂直其径向方向的动量并向外传递形成电磁场;强相互作用力、弱相互作用力是这种基本粒子径向振动对粒子产生的压力与电磁力、引力的共同作用。3 e4 u+ T5 S! F. s
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我们现在知道,自然界XX有四种基本相互作用力:万有引力、电磁力、强相互作用力、弱相互作用力。
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! B4 q& X; I, X+ ^* _' Q$ t. C 这四种作用力是统一的,它们都是由一种基本粒子的振动波来传递的,只是波的形式不同。任一质点(物质)都使与其碰撞的这种基本粒子径向振动的动量减少(波长拉长)并向外传递形成(万有)引力场;电子(电荷)使与其碰撞的这种基本粒子径向振动的横向上增加动量并向外传递形成静电场;运动的电荷(电流)使与其碰撞的这种基本粒子在原径向振动状态上增加了两个垂直其径向方向的动量并向外传递形成电磁场;强相互作用力、弱相互作用力是这种基本粒子径向振动对粒子产生的压力与电磁力、引力的共同作用。
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这种基本粒子质量非常小、没有固定自转、无电性,以下暂称为力基子。& \) k# D' _5 X( i8 {+ |
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力基子充满宇宙空间,包括原子内部、核内强子之间,甚至在组成强子的结构粒子之间,粒基子之间距离很小,以(真空中的)光速因相互碰撞作无规则运动,呈现量子态、测不准原则。
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F& [. Q1 p7 w; l! q+ z1 O- ? 力基子的运动方向、距离都是量子化的,运动速度为光速不变,是一种概率波,称为力基子波。力基子波的速度等于频率乘以波长。c = ƒ*λ c 为光速 ƒ为频率:每秒发生碰撞的次数 λ为波长:力基子在一个方向上发生一次碰撞传递的距离。4 S; _: h* T% G
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% {4 v! C% ~* j( I, Z 力基子波在各处都是以不同频率共同存在的,波长在2*10E-15、1*10E-15、1*10E-18M呈一定的几率群,波长越短几率越高,普朗克长度为最短波长。在一定的空间内,它们的平均频率是相同的,我们把平均频率叫力基子波频率。一个力基子从一个方向再回到这个方向上的频率相同,我们把这一过程叫一份,力基子波就是这样一份一份地把能量向外传递。包括引力、电磁力、辐射能。4 D9 q! D0 ]1 G, X$ v( ?9 r9 e7 d
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5 P/ j" e- x3 u' p3 _' e 一个静止质点在各方向上受到力基子碰撞的频率相等,力基子对该质点在各方向上产生的压力大小相等、方向相反,但该质点呈现波动性。8 B- e# e: ]3 j# g4 x2 P: d
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质量与速度的关系 质点的运动速度越高力基子与其碰撞时被挤帖在上面的越多,表现为质量增加.质量与速度的关系符合公式:在一个系统内相对观察者运动时m=m。/(1-v²/c²)E½ 。2 {- `/ ~% L e& x, u
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质量与力基子波频率正相关。f1/f。=K*Lp/(Lp-V*Tp)=m/m。 m=m。* Lp*k/ (Lp-V*Tp)
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; Y5 T/ m; R/ i( X0 ?$ S f1、f。为动态、静态时的力基子波与其碰撞的频率 Lp为普朗克长度 V为质点速度 Tp为普朗克时间 K质点速度有关的关联量 m、m。为动态、静态质量! D( U* T7 O0 u8 i8 h3 |7 T
2 Q8 a$ W' L3 E% }1 t+ J ' X! j2 @, v& u( t% d) }4 v) Z: h/ q4 Z
2 Z6 \$ U6 W6 R# S1 B9 l6 @- E 压力与速度的关系+ a& L& K6 ~0 O3 I9 L
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) |+ O! _9 K" t+ Q( Z+ Y- {! X+ g: C% ` 电子受到力基子波压力F。=Mz*C/t F= Mz*(1+n/(1-n²))*c/t( p0 r0 Z" G2 C# d5 F' A1 f
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Mz为每秒碰撞一个电子的力基子总质量。一个静止电子的Mz为2.025420166E-51kg是一个常数。
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阻力与速度的关系
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' u* J7 `# d" Z' G9 }3 M 阻力Fz= Mz*C* n*/(1-n²) /t3 p( w. f& x' D) B% n, m
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阻力加速度a=Fz/m= G*n*√(1- n²)/(1- n²),G为重力常数(6.67259E-11)4 ~5 d% y% i8 h& N! q4 f
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质点运动速度不能大于光速(力基子波速度),(质点运动速度如能大于光速那么力基子波将成为穿不透的一堵墙,再说,所有的基本力都是由力基子波作用产生和传递的,不能够被加速到超光速)。运动的质点使力基子遵循速度质量关系“长”在质点上,质量增加、压力增加,但负加速度几乎为零,阻力很小。! Z1 ?% G/ C0 u P: z0 j
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例:任何一个质点以0.85倍光速运动时,所受阻力加速度为1.08*10E-10m/s²,它一千亿年都不会仃下来。5 Q+ x5 d5 ~7 g8 s5 p! O Y
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- U% Z2 p2 ?8 g5 I) m* Y 力基子质量小(1*10E-85kg)、直径更小,如同中微子能够穿透地球一样很难被直接观测到。
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. \8 J0 ?8 H% C) \4 b Q) j0 @ 波长与速度的关系
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一个运动的光源向后(向前)发出的光的波长会被拉长(压短),但,光源与观察者同在一个运动的系统时观察者看到的光的波长会被等量的压短(拉长),所以观察不到光源相对力基子波运动产生的多普勒效应。如果你与光源之间有运动,就会有所发现。
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2 `+ q8 Y- Z6 A4 Q 四种基本力的实质7 T. }% B) Z' P% S+ c# v2 r: ?
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万有引力:任意两质点(由基本粒子构成的物质)在各方向上都受到力基子的碰撞,碰撞的频率非常高,因质点的质量远远大于力基子的质量,其中有一些力基子在非常短的时间内会被挤帖在质点上(可以又被挤掉重新受到力基子的碰撞获得动量),于是质点周围的力基子波的波长被拉长,碰撞频率降低,压力降低。在质点外侧两质点距离以外的地方,力基子波的频率大于内侧频率,所以内侧压力小于外侧压力,表现两质点相互吸引,即万有引力。
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* Z$ F, J+ l' y+ L 引力的大小与两质点的质量之积成正比与其之间距离的平方成反比(力基子波在两质点之间连线上碰撞传递时,每一次传递都受到系统能量的恢复使波长逐渐增加,可通过积分计算出与其之间距离的平方成反比)
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6 L3 n2 E- X/ s 力基子之间不吸引,原因为它是最小的、质量相等的基本粒子,只能通过相互碰撞运动传递能量(力),不吸收能量,除非把它压成一个更大的结构粒子。
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质量大的物体“吸收”力基子波的能量大,它周围的压力比质量小的物体周围压力更低,所以一大一小两物体在引力的作用下,小质量物体比大质量物体相向运动速度快,符合公式F=ma 5 ~5 z% B4 n( w
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$ M- F0 N6 ` m! E5 b8 j: r1 D 电磁力:电子与其反物质正电子的质量、自旋相同但自转方向相反。" J% A2 o' `) c a3 D$ P; Y
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5 u) p" d' P& p0 L4 Y" \ 由于它们的结构相当于基本粒子一样坚实、质量又大,它们的自转能够使与其碰撞的力基子另获得横向的动量并向外传递,形成电场。2 ?+ T8 B3 k }2 S8 E2 i
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两电子(或两正电子)自转方向相同,它们的内侧呈反向运动。它们之间与其碰撞的力基子获得运动方向相反的动量,内侧压力增高,形成相同电荷之间的斥力。0 H- }9 M ?" V0 W9 k
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正负两电荷自转方向相反,它们的内侧呈同向运动,它们之间与其碰撞的力基子获得运动方向相同的动量,内侧压力降低,形成相反电荷之间的吸引力。- ~& x7 M* L7 l4 a+ @; u" D3 T
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, R. _5 P0 d3 ]- q0 m! C2 i0 M 正负电子的质量相同、自转速度相同,它们产生的效力相同。
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" W! s. E9 v& U9 c$ H0 t 带电粒子之间的静电力是各正负电子作用力的叠加效果。
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4 E2 G% Y& p1 B* r- @4 l, ~$ Z( e4 H
6 k0 _6 C1 z: `5 _! ?" k 静电力的大小与两电荷的电量成正比,与其间的距离的平方成反比。证明过程同万有引力,略。
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; l4 R! a& F Y: N4 l" I 运动的电荷、电流在其周围形成电场(电流形成的电场被瞬间表露的正电荷形成的电场对在这周围的电荷的作用抵消,不表现电场作用)同时,使与电荷碰撞的力基子在径向运动的两个垂直方向产生动量,并向外传递,形成电磁场。我们通常把电荷产生的横向动量效应叫电场,把电荷产生的与横向动量相垂直的动量效应叫磁场。
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容易理解原子、质子等粒子有磁距。中子有磁距是因为它有等量的正负电荷而只表现磁的作用不表现电的作用。
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电磁波是变化的电磁场,是力基子在径向振动的状态上增加两个垂直于其运动方向上的动量后交变传播的,是交变传播的电磁场。电磁波具有波粒二相性,速度为光速,也就是力基子波的速度。
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电磁波同样受到系统能量的恢复作用衰减能量降低频率。(由于电磁波的传播是一份一份传播的,不同于引力、静电的传播)衰减量与距离成正比。ƒ=ƒ?。-k*s , ƒ为测量频率,ƒ?。为光源发出时的频率,k为单位距离衰减量,s为光源到我们的距离。
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! m7 I `( ^4 k) X8 C 电磁波随传播运动产生距离红移,红移量与距离成正比。5 v/ d- i) G' F4 d3 T
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引力红移是由于引力场拉长力基子波的波长造成的。引力场使力基子波的波长向天体方向拉长,因此,经过天体附近的电磁波向天体方向弯曲,引力场越强弯曲越大。7 h1 V0 K) T! {0 D/ i
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多普勒红移是因远离我们而去的光源拉长力基子波的波长造成的。
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宇宙学红移是因天体的退行引起的。( \! S2 B' L/ R4 K
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e% z8 [1 F/ p% r( @ 宇宙膨胀使星系及天体离向宇宙中心并使它们之间距离增大。5 p$ e( g6 {2 E& H% F0 b
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星系膨胀使其内天体远离星系中心并使它们之间距离增大。/ z# ?* E' U$ B! t( z6 V% w/ R. S* b
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8 f3 q& J) C$ c3 S 在一个能量(压力)不均匀的系统内,两点间的压力差与距离成正比。F1-F2=K*H , F1、F2 为两处的压力,H为距离,K为单位距离压降率:K=(F高-F低)/S 单位距离压降率等于系统最高处压力和最低处的压力差与两处距离的比值。' v6 f1 u# w2 q5 p5 E1 j# n0 {
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* i) A4 f! g% h. |" B9 D 宇宙膨胀是由压力差和“离心力”、引力的共同作用引起的。离质量中心、压力高处越远的质点,压力差与引力的差越大,退行力越大,退行速度越快,相邻两天体的间距越大。退行加速度等于天体两侧压力差与天体质量的比值减质量中心相对天体的重力加速度,等效一个电子两侧的压力差与电子质量的比值减电子相对质量中心的重力加速度。a=Ke/me –G Ke/me是电子的压力加速度,用ÿ替代。则a=ÿ-G
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离质量中心越远,相邻的两天体之间的距离越大。H=H。+1/2a*t² , H为两天体之间的现距离,H。为两天体之间的初距离,a为分离加速度(是变加速度:因G=m*G/r²),t为分离的时间。
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( k: q# c. S$ S- d0 _4 u 天体自身的引力作用大于其内压力差的作用时,它以一个整体在退行。* E: U& j' I, d) I2 X8 r
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压力差非常大或引力非常小会使天体自身膨胀。* x8 n, _, G( V+ k- ], ~/ c) \+ ~2 _
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压力差大到一定程度(或压力小到一定程度)时,物质将分解成最小的基本粒子。( o% d% u* m$ S5 _$ h- q L \, ?8 z
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0 m: k" n9 z" R, @ 在星际宇宙的“边缘”,能量(压力、力基子波频率)非常非常小,小得不足维持基本作用力存在,那里是一个无比大的“天洞”所有物质到那里后都烟消云散般转换成能量,变成暗物质。5 C* }6 J4 Y3 o* x
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在大的星系团中心会有密度、质量非常大的天体“黑洞”,引力非常非常大,其周围的力基子波长拉得非常长,压力变得很低,边缘物质的基本作用力变弱,会有粒子喷射出来。有极低的能量辐射,很难被观测到。但经过它边缘的电磁波会被拉得很近,产生很大的红移,我们可以通过光线的弯曲及红移而找到它。/ c+ l+ I4 T, x
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强力:当强子之间距离小于力基子波的一个波长峰群(2*10E-15)时,就会受到很大的向内侧的压力,使强子结合在一起(质子与质子中间有不显固定自转的中子间隔),强子之间距离再小到一定程度(1*10E-15)时受到短波长力基子波的作用表现出斥力,且随着距离减小斥力迅速增大。! r, ?! j7 Z8 T6 m' o
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8 s2 K: C% D" N& v 强力是引力、电磁力、力基子波压力的共同作用。
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/ O/ j2 D4 y2 C6 c7 b 弱力:由更小的粒子组成的粒子如强子,一方面,粒子的质量、直径小受到力基子碰撞的频率减少;一方面中间间隔粒子(如中微子)的质量、直径非常小,内外两侧力基子碰撞的频率相差很小,受到的压力非常小。. U/ o# n: u# h3 T
, h6 `3 n X+ y ( X7 i: x+ V' {9 |4 i1 r
' g* [& P7 y4 \6 V$ B6 g8 H+ O1 d 当结构粒子之间距离从一个波长峰群降到更小的波长峰群时又表现出斥力,且随着距离减小斥力迅速增大。* {- H4 u9 ~. d j* q3 @1 Y
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弱力是引力、电磁力、力基子波压力的共同作用。
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3 c8 H+ R# Y. U, T+ L# L 力基子质量的推导:: w6 H3 j( X2 M L
6 ], k" N: w2 N. Y: }/ d2 W
5 Y" l# h- o" L/ F
5 L5 k* V) e, _9 x+ ? 以一个电子为例:一个电子放出一份光子时会使与其碰撞的m质量的力基子增加动量
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或一个静止的电子产生引力时使与其碰撞的m质量的力基子减少动量% W, M3 Y0 T1 Y7 b$ {3 y9 |" r( T
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每秒内Mz=G*Me/c*t=2.025420166E-51 kg ; b3 N2 e( X/ F! Z! s1 W
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或:Mz =h/c²/t/3.64005332=2.025420166E-51kg 3.64005332为亚光速时一个电子质量的倍数。) C7 E, a5 \6 d- J2 a6 |
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Ml= Mz /n n=Se/Sl=4πr²/(½Lp)²=1.96128083E34
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一个力基子的质量约为M≈1.032E-85kg
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星系的产生与运动:* P5 t' u8 }3 _4 X4 \% }
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. Y- C6 U& m$ X7 }( k+ n& u& ?( K 随着时间的推移,宇宙空间出现不同的各种粒子,在引力作用下产生旋转(绕行公转、自身自转),正负电子在其周围产生电磁场。在弱力、引力作用下一些粒子形成强子(质子、中子),强子又在强力作用下形成原子核,主要在电磁力作用下,核子俘获电子形成原子。由于空间强子的密度、速度等情况下不同,形成了不同的元素、同位素。在引力、电磁力作用下,逐渐形成不同物质。物质群聚合成天体。时间、环境不同,产生的天体不同。
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质量大的天体吸着引小的天体加速作相向运动,同时使更多的天体产生公转、自转,形成星系系统。
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天体是怎样动起来的:
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* t$ z& W3 b2 a6 O) w/ \* a为理解方便,做如下假设:
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设三个质点:点1、点2、点3,它们不在一条直线上,且相距很远,点1质量比点2、点3的质量大得很多。' c; c2 K4 A/ x, }( A
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在引力的作用下,点2向点1、点3的质心(质量中心)加速运动,点3向点1、点2的质心加速运动,点1运动加速度小,运动慢,不讲。同时,点1、点2的质心开始绕点1运动,点3也随之向点1、点2新的质心加速运动。随着质心的不断变化及速度的加大,点2、点3在一个平面上并以同一个方向绕点1运动,直到引力与离心力达到平衡,分别确定了各自的公转轨道。增加新的质点也以同样原理绕点1运动。由于质点有结构且不均匀,在引力和惯性的作用下,以同样原理产生自转。
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由此,一个系统内的质点绝大多数都以相同的方向在一个近似平面上绕质量中心公转。如果有一个天体距质心距离及重力加速度适当,它可以不同。
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电子在引力和电磁力的共同作用下以同样的原理产生绕核运动和自转。形成绕行的原动力还是引力。 Z% I7 s/ W. y
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E7 C+ V+ T, v* }; P 粒子及天体受到本系统和外系统的共同作用,在不断地加速、减速、改变方向,作周期性运动。
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星系的收缩与膨胀5 v3 f/ B- M. i, Q; ?" q5 Q' g
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7 C% I0 J0 V- ~2 q: k& |3 ` 在形成期,由于引力作用,各天体向质心(质量中心)运动。离质心越近的天体,重力加速度越大,相邻两天体的重力加速度差越大。外力作用忽略不计时,后一天体相对前一天体的分离加速度(近行加速度之差)等于前后两天体相对质心的重力加速度(随与质心的距离变化而变化着)之差:本节所述加速度为变加速度:a=m*G/r² m为质心质量,G为重力常数,r为天体与质心的距离。
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- D' i( W8 N& F9 F a=a1-a2=G1-G2 离质心越近的天体间的分离加速度越大,它们的间距比离质心远的天体之间的间距大。并且,从近到远,间距越来越小。相邻两天体之间的距离h与其原间距h。的关系式:h= h。+1/2at²= h。+ 1/2(G1-G2)t² t为收缩时间。$ ?6 G( g$ Z* ]4 P5 C: A$ b( O5 G
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直到重力与“离心力”相对平衡时确定各自的公转轨道。至此,越靠近质心的天体之间的距离越小。收缩时间不会很长。# L1 G; i) ?" X% p& a' X8 @
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4 ?3 x5 S& e( V* X! X 如果一个天体的质量、密度很小,其自身的引力维系能力弱,它将被拉大。相反,则以一个整体在运动。
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这一星系从天体形成到收缩结束时期为星系形成期。
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: }) y8 |( C/ \7 h) R 在膨胀期,天体由近行到平衡,小的星系,主星体-恒星的质量有限,随着它不断向外释放强大的能量,质量减少。引力作用逐步减弱,绕行天体的公转速度未变,于是开始退行(膨胀)。膨胀过程中,离引力中心越近的天体,引力减少的越大,退行的越快。越近的两天体间距缩小的越快,从近到远间距越来越大。a=a1-a2=G1-G2 h= h。-1/2at²= h。-1/2(G1-G2)t² t为膨胀时间。这是星系收缩时期的逆过程,为膨胀期。1 ?9 J+ S" { q( b, y6 M
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* R- W* x: {5 F9 Q1 w) d 我们太阳系现在正处于这一时期。主星体辐射的能量也起到退行力作用,并且,离主星体越近的天体受到的作用越大。但,这个作用远比引力减小引起的小。膨胀期时间会非常慢长。在膨胀期,回归的松散天体(如慧星)要头短(密度加大)尾长(密度减小),而远离主星体时则相反。- _3 C x/ r& o- V$ w
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当主星体的引力作用小于其它大质量星体引力作用(或相邻星系)时,加上宇宙膨胀的作用,膨胀(退行)继续加快。这时,离原主星体越近的天体退行越慢,而离它越远的(离新的主星体越近的)退行(近行)越快,间距越大。这是原星系结束期,新星系形成期。新星系有(或产生)新的恒星。
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所以,太阳的消亡,不意味地球毁灭,地球今后的寿命比太阳长,在自身未变成恒星前,可能会重获新“太阳”而生机盎然。' H, {' V! a, c) V3 m$ _* L
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9 _' U P# X7 K* _6 n 质量极大的主星体,形成黑洞后仍能维持本星系的长期膨胀期。
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9 p9 ^2 M$ r9 T$ N& _" R& O( v 宇宙是不断收缩-膨胀的星系组成的,不会终止。
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我们可以从星系中天体的近行或退行情况确定这个星系的生命周期。一个星系中的天体都向质心运动且离质心越近的近行越快,说明这个星系处于形成期。一个星系中的天体都相对质心退行且离质心越近的退行越快说明这个星系处于膨胀期。一个星系中的天体都相对质心退行但离质心越近的退行越慢,越远的退行越快,说明这个星系处于结束期。
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" |3 A6 z0 S2 c% }/ ?, c5 j 星团中星系的近行或退行遵循上述规律。
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' S" ~. K" m& [7 R/ M 质能转换:
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! A! N: N5 s. n/ O% ^ 在一定条件下,非常小的粒子会被压成一个新粒子。条件是:具有足够的动量,没有固定的自转或自转方向相同,在同一时刻受到粒基子的压力平衡。极小的不平衡会导致不能产生或立即消亡。条件适宜时力基子可能聚集成电子等粒子。( K0 M2 _3 X5 y- i% ^. b6 J o
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9 V* ]$ N9 e1 a 正负电子在力基子、中微子等粒子间隔时可能形成中子或质子等粒子。: j' b: l" T/ I* k
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两个质量等性质相同,但自转方向相反的粒子互称反物质。在一定条件下碰撞,能将它们之间的力基子拔离出去而真正相碰离散成它们的最小组成成份-力基子,即湮灭。0 W5 _% ^( n4 Q2 |
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粒子的湮灭,聚变、裂变、衰变等核反应,辐射都能使周围的力基子波频率增加-能量增加。& B2 D ]& x: ~ G: f2 W3 A
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这里力基子减少,那里会增多,宇宙的总质量不变,总能量不变。 |
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