星系的运动和结构.docVIP

第八章 星系的运动和结构 中国 广西 北海 广西274地质队勘查院 黄国有 cnperson@126.com 1　　天体之间的万有库仑引力 在宇宙背景磁场（宇宙旋场）的作用下，天体都表现出自旋运动的特征，自旋的天体在吸收自旋的粒子时能产生万有库仑力的作用。这里，我们假定质荷当量是宇宙演化的结果，并假设所有天体的质荷当量常数相等，利用质荷当量常数将天体的质量转化为与之相当的电荷量后，天体之间的万有库仑力可用下式计算。 　　　 　(1.1) 天体之间的万有库仑力公式与万有引力公式相似。在上式中，k和D都是常数，这样我们可以用一个新的常数来代替它们，这时，天体万有库仑力公式变为： (1.2) 质荷当量常数的值为 (1.3) 所以，万有库仑力常数的值为 (1.4) 太阳受到宇宙星际磁场的万有磁力比银河中心提供的万有引力要弱得多，可以忽略，但太阳与银河系中心的库仑力从上式看与万有引力的数量级一样，所以不能忽略。太阳绕银河系中心运动的向心加速度主要是由万有引力和万有库仑力提供的。天文观测得出太阳的速度为220km/s，银河中心的万有引力提供的向心加速度为160km/s,多出来的60km/s被认为是由暗物质提供的。下面的计算证明多出来的60km/s的向心加速度是由银河系中心和太阳之间的万有库仑力提供的。 根据万有库仑力公式与牛顿引力公式的关系，我们可以得出万有引力为太阳提供的向心加速度与万有库仑力提供的向心加速度的关系如下： (1.5) 由此得出万有库仑力给太阳提供的向心加速度为 (1.6) 这与天文观测值惊人地吻合（地球的运动呢？月球的运动又如何解释？）。 由于行星自转磁场影响的因素太多，天体之间的远距离的万有库仑力则不会受到天体内部物质运动复杂性的影响，用星系的万有库仑力来计算质荷当量常数要比用天体磁场计算的还要准确一些。 2　星系的万有引力 天体的万有引力由牛顿引力公式给出为 (2.1) 星系中心对星系物质的引力加速度为： （2.2） 这一引力使星系物质获得的圆周运动速度为： （2.3） 这一速度与距离的平方根成反比。 这里的引力常数G是质磁常数与光速的积，所以，在除了星系中心区域或恒星中心区域以外的星系范围内，星系的引力遵循牛顿的引力定律。在超光速参数与宇宙光速相比不能忽略的星系中心（特别是内部）区域，引力比牛顿引力定律计算的要大。 3　星系的万有磁力 在星系在尺度范围上，宇宙背景磁场和星系磁场对星系物质提供的向心加速度不可忽略。假设天体所处空间的合磁场为B，该磁场使星系物质获得一个与运动方向垂直的加速度为： 　　　　 （3.1） 这一加速度使星系物质获得的圆周运动速度为： （3.2） 这一速度与距离成正比。 对主要靠中心高密度脉冲星自转磁场维持的环星系，星系物质的速度为 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（3.3） 它只与脉冲星的质量和自转周期有关，与到星系中心的距离无关。 万有磁力的存在以及其对星系物质的作用，使星系速度在万有磁力作用显著的星系外面区域表现出与星系中心距离无关的特性，这已经为目前所有关于星系速度测量的结果所证实。 4　天体引力的特点 （1）引力的内因性 物质之间的引力是由物质的衰变引起的，引力平衡分别建立在物质内部最小衰变基元之上。万有引力是物质最小衰变基元衰变辐射所产生的微观推动力的宏观表现。引力由物质本身的衰变辐射产生，它不是另的物质施加的外力。这便是引力的内因性。引力的内因性实际上否定了传统概念下由一个物体对另一个物体的引力。但由于历史的原因，引力的概念仍将继续沿用，但它已经失去了原有的物理意义。 我们知道，万有引力是牛顿1666年将伽利略力学概念推广到天体运动中而引入的，他在开普勒行星定律的基础上假设地球和月亮之间、太阳和行星之间存在某种吸引力而创立了万有引力定律。他进一步假设宇宙万物之间都存在这种超距引力的作用，故称“万有引力”。1916，爱因斯坦从万有引力和惯性力的局域等效性出发建立了广义相对论。这种新的引力理论认为惯性力也是引力的一种表现，它们都是由时空弯