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相对论对话录21

已有 2173 次阅读 2015-10-8 09:39 |系统分类:科普集锦

1.宇宙膨胀引发的红移,究竟是星系分离运动的多普勒红移,还是宇宙总体物质场的引力红移?


答:宇宙膨胀的红移,一开始是考虑星系退行远离引发的多普勒红移,这在退行速度远低于光速时,这样理解近似正确。多普勒红移应该是一个星系相对于另一个星系,在非膨胀非收缩的空间中相互分离形成的红移。如果宇宙膨胀红移是多普勒红移,由于狭义相对论中光速极限的限制,越来越远的天体如果红移与距离成正比,那么退行速度由于逼近光速,就不可能与距离成正比而超越光速。

   宇宙膨胀的红移,是空间自身在扩展,带动星系相互远离造成的;星系在其自身空间附近可以没有本动,不显示任何多普勒红移效应。膨胀红移是宇宙物质的惯性-引力场造成的空间膨胀效应,膨胀速度与星系之间距离近似成比例,到一定程度空间带动星系以光速远离我们,进入哈勃半径而在视界上消失。哈勃半径以外的星系,按比例超光速远离我们,是在视界外看不见的。膨胀的空间是由具有非定域能量的引力场构成的,引力能量可正可负可0,超光速膨胀不违背狭义相对论。特别是广义相对论只设定局部惯性系,而宇宙不存在整体惯性系,不能简单地把狭义相对论的光速极限推广到整个宇宙,不过引力场传递能量是不会超越光速的。

  宇宙膨胀红移,显然与引力有关,但不能等价于星系产生的引力红移。我们考虑引力红移,是把星系的运动速度产生的多普勒红移,星系加速运动产生的红移变化排除在外的。遥远星系可能是加速或减速远离我们的,非惯性运动引发的红移是膨胀红移的一部分。认为膨胀红移是宇宙物质场的引力红移是不确切的,看成是宇宙物质的惯性-引力场红移是可以认同的。


2.最近获得诺贝尔奖的中微子振荡,在相对论宇宙学中意义重大吗?


答:当人们发现太阳热核反应产生的中微子的理论预测是实际观察值的3倍时,最自然的推测是要么太阳的天体物理模型错了,要么热核反应的粒子物理模型错了,抑或二者都错。现在看来,是原来的粒子物理模型错了,没有考虑中微子有电子型, $\mu$ 子型, $\tau$ 子型3种,在热核反应过程中相互转化,我们只观察到1种。

   中微子是否有质量?是否超光速运动?一直有不同说法,现在看来中微子有质量,我们的量子场论需要微调。中微子不能做超光速运动,连光速运动都达不到。中微子有质量,可能有助于用来解释一部分暗物质,暗物质不参与电磁作用,但可能参与弱相互作用。中微子的质量,肯定影响宇宙演化与天体演化过程。

   牛顿力学在太阳系中有小错,无法理解水星轨道进动,最后需要广义相对论。中微子振荡意味着量子力学在太阳系中有小问题,不能因为具有95%诺贝尔物理奖的支撑,就放弃对量子力学与量子场论的质疑。


3.爱因斯坦是因为解释了水星进动与星光在引力场中偏折,而获得诺贝尔奖的吗?


答:基本上不是,爱因斯坦在1921年是因为解释光电效应与理论物理的贡献获奖的。相对论在哲学上争议大,特别是广义相对论数学复杂,不是主流学者能够清楚理解的,当时没有因为相对论获奖是有道理的。不过,因为光电效应获奖,对爱因斯坦未必是好事。一是他后来的死对头勒纳德,也是因为光电效应获奖的,难免低看鄙视嫉妒爱因斯坦;二是爱因斯坦可能认为自己在量子论与量子力学领域拥有特别大的发言权,而偏离量子力学的主流思潮。



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