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宇宙中的物质是否存在整体的旋转运动?
我在前一篇博文《宇宙学原理成立或不成立的后果》之中,曾谈到:“如果宇宙学原理成立,我们就可以肯定,宇宙中的全部物质不可能存在整体的旋转运动(根据各向同性),亦即总动量矩为零。”可是,由于宇宙学原理只是一个假说, 有些人并不信服它的推论。加以恒星、双星、聚星、星系、星系团、以至超星系团都存在整体的旋转运动,自然会使人推想‘宇宙中的全部物质可能也存在整体的旋转运动’。然而,这类推想既没有理论上的根据、也缺乏观测事实的支持。倒是有些理论分析可以说明不存在宇宙物质整体的旋转运动:
1),我在博文《为什么需要宇宙学原理?(二)》之中,曾经讨论过,宇宙可由
Minkowski时空生成的可能性,并曾指出,由于Minkowski时空本身是均匀的,
这意味着在Minkowski时空的空间中,各点创生出物质场能量的机率是相等的。
因此当物质场能量大量地创生,宇宙逐渐从混沌状态‘平静’下来之后,则所创
生的物质场(能量等)在空间的分布,平均来看,也将是均匀和各向同性的。创
生的物质场反过来又要影响时空的度规,既然所创生的物质场(能量等)在空间
的分布,平均来看,是均匀和各向同性的,则度规就必然是Robertson-Walker度
规[1] ;因之,物质大量地创生后的时空,仍然是均匀和各向同性的。另一方面,
一个具有旋转运动的星体系统,例如星系,其总动量矩必有一个空间取向;由于
时空是均匀和各向同性的,整个宇宙中的各个星系之动量矩在空间取向的分布,
应当是杂乱无章的,于是,全部星系之动量矩的总和(矢量和)必为零。因此,
宇宙中的全部物质便不可能存在整体的旋转运动。
2),如果宇宙中的全部物质存在整体的旋转运动,整个宇宙中的物质将绕着某一
轴线旋转;由于宇宙空间是无限大的,离开轴线足够远处之质点的速度便可能超
过光速。而按照相对论,这是不可能的。
以上的分析有助于说明不存在宇宙物质整体的旋转运动,但这些分析也是
建立在一些假定之上的,如假定各个星系之动量矩在空间取向的分布是杂乱无章
的,假定超光速不可能存在,等等。因此这些分析不是严格的证明。宇宙中的物质
究竟是否存在整体的旋转运动?这个问题只能由观测来检验。现在并没有什么有力
的事实可以肯定表明存在宇宙物质整体的旋转运动。如果存在宇宙物质整体的旋转
运动,就说明宇宙学原理不正确;而我已在前几篇博文中详细和深入地讨论过,
目前还不能说宇宙学原理不正确,在宇宙学中仍然要借助于这个原理来进行研究。
参考文献
[1] Weinberg S. 1972, “Gravitation and Cosmology”, Wiley,
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GMT+8, 2024-10-6 17:15
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