暗物質(zhì)巨粒子的結(jié)團與來源,天文學(xué)論文

暗物質(zhì)巨粒子的結(jié)團與來源,天文學(xué)論文摘要：暗物質(zhì)是基于宇宙觀測數(shù)據(jù)在理論上提出的可能存在于宇宙中的一種不可見的物質(zhì)，可能是構(gòu)成宇宙物質(zhì)的主要部分，且不屬于已經(jīng)知道的任何一種物質(zhì)。根據(jù)暗物質(zhì)的屬性，以及理論上的可能性，文章提出巨粒子概念。巨粒子物質(zhì)知足暗物質(zhì)的屬性，所以，文章以為暗物質(zhì)很可能是由巨粒子構(gòu)成的。本文關(guān)鍵詞語：暗物質(zhì);暗能量;巨粒子;暗星;Abstract：Darkmatterisakindofinvisiblematterthatmaytheoreticallyexistintheuniversebasedoncosmicobservationdata,whichmaybethemainpartofcosmicmatteranddoesnotbelongtoanyoftheknownmatter.Accordingtotheattributesofdarkmatterandtheatricalspossibilities,theconceptofgiantparticleisproposedinthispaper.Giantparticlemattersatisfiesthepropertiesofdarkmatter,thereforethispaperarguesthatdarkmatterisprobablycomposedofgiantparticles.Keyword：darkmatter;darkenergy;giantparticle;darkstar;1、概述暗物質(zhì)是在宇宙觀測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上從理論上提出的假設(shè)物質(zhì)，可能大量存在于宇宙空間中，不發(fā)光或發(fā)出非常微弱的光，是宇宙物質(zhì)的主要組成部分，質(zhì)量遠大于宇宙中全部可觀測天體的質(zhì)量的總和，約占宇宙物質(zhì)的85%以上。學(xué)術(shù)界至今對暗物質(zhì)還知之甚少，揣測其有下面這些屬性：〔1〕有質(zhì)量，介入萬有引力作用?！?〕穩(wěn)定性很好。〔3〕基本不介入電磁互相作用，與光子的互相作用非常弱，基本不發(fā)光?！?〕基本不介入強互相作用。〔5〕運動速度應(yīng)遠低于光速，通過引力作用介入構(gòu)成宇宙的大尺度構(gòu)造。因而能夠確定構(gòu)成暗物質(zhì)的粒子不屬于已經(jīng)知道的基本粒子，對當(dāng)今粒子物理的標(biāo)準(zhǔn)模型構(gòu)成了挑戰(zhàn)。有理論以為暗物質(zhì)是由諸如軸子，惰性中微子等構(gòu)成。本文以為，中微子、軸子的質(zhì)量太微小，恐怕缺乏以解釋暗物質(zhì)在宇宙物質(zhì)中的宏大占比，從當(dāng)前已有的觀測結(jié)果來看，占太陽系物質(zhì)的比例都是極小的。2、暗物質(zhì)問題的關(guān)鍵所在要知道暗物質(zhì)為什么暗，就要從人們認識很徹底的物質(zhì)是怎樣發(fā)光的機制論起。在平常觀測中，物質(zhì)輻射的光子究其根本來源，一是由原子的核外電子在能級之間躍遷所產(chǎn)生的能量輻射，二是由核反響產(chǎn)生的能量輻射。要成為暗物質(zhì)不發(fā)光，就要知足兩種情況：一是不存在類似原子的核外電子作能級躍遷現(xiàn)象，或者不能構(gòu)成原子這樣的構(gòu)造，自然就沒有能級躍遷發(fā)生。而如今已經(jīng)知道的物質(zhì)粒子絕大部分是這種原子構(gòu)造的組成部分，散落在宇宙空間中的這些粒子可以能與其它粒子在一定條件下構(gòu)成原子構(gòu)造。另外，從宇宙尺度的觀測來講，原子的核外電子能級躍遷產(chǎn)生的發(fā)光太微弱，難以被觀測到，一般星體要有核聚變產(chǎn)生宏大的能量輻射才能被直接觀測到。暗物質(zhì)在宇宙物質(zhì)總量中的占比這么大，通過引力作用介入構(gòu)成宇宙的大尺度構(gòu)造，按正常的邏輯推理，應(yīng)該構(gòu)成大量暗物質(zhì)星球的，乃至構(gòu)成大量恒星級別尺度和質(zhì)量的星球，可是，這些星球為什么沒有產(chǎn)生聚變反響呢？這才是研究暗物質(zhì)的關(guān)鍵所在。核反響需要有效的強作用力介入，強作用力是短程力，當(dāng)兩個核子中心之間的距離大于核子尺度〔約2fm〕時，核力急劇趨于0。假如基本粒子的尺度大于2fm，即便強作用力仍然存在，也不能構(gòu)成類似多核子原子核的穩(wěn)定構(gòu)造體。3、巨粒子本文把尺度大于核子的基本粒子命名為巨粒子，一般來講，粒子的質(zhì)量與尺度正相關(guān)。自然界不禁止巨粒子。根據(jù)文獻[1]提出的基本粒子的自旋機制，費米子的自旋角動量l為：m為粒子的質(zhì)量，r為半徑，k為0,1,2。這個機制可解釋費米子自旋角動量為確定值的半奇數(shù)倍現(xiàn)象。式〔1〕對粒子的質(zhì)量沒有限定，因而，自然界構(gòu)成巨粒子就沒有理論障礙。一般來講，質(zhì)量與尺度正相關(guān)。4、巨粒子的結(jié)團問題巨粒子之間無有效的強作用力，還能不能結(jié)團，會不會產(chǎn)生聚變反響呢？普通物質(zhì)是通過萬有引力作用構(gòu)成星球、星系的。在自然條件下，星球有足夠大的質(zhì)量，在星球的核心產(chǎn)生足夠的壓力是產(chǎn)生聚變反響的必要條件。一般的小型結(jié)團是大量原子通過電磁作用實現(xiàn)。所以，假如暗物質(zhì)不發(fā)光，講明組成暗物質(zhì)的團塊不能產(chǎn)生聚變反響，且粒子不能構(gòu)成原子構(gòu)造；假如暗物質(zhì)能發(fā)微弱光，則可能有類似原子的構(gòu)造，核外有電子躍遷發(fā)生。構(gòu)成復(fù)雜原子必須知足兩個條件：一是強作用構(gòu)成原子核，二是帶電。4.1、泡利不相容原理阻止巨粒子構(gòu)成復(fù)雜原子核泡利不相容原理指出在一個電子軌道上不能存在自旋一樣的兩個粒子。文獻[1]說明了泡利不相容原理的根本源頭是由于光障，因而，即便沒有像原子那樣的構(gòu)造和核外粒子軌道，但是在可能產(chǎn)生相關(guān)性的空間范圍內(nèi)，不能同時存在兩個全同的且自旋方向一樣的費米子是合理的推論。沒有有效的強作用力束縛巨粒子，又有泡利不相容原理的作用，導(dǎo)致巨粒子不能構(gòu)成復(fù)雜的原子核。4.2、暗星巨粒子固然不能構(gòu)成復(fù)雜原子核，但能不能構(gòu)成簡單原子？能否構(gòu)成暗物質(zhì)星球呢？下面分巨粒子電中性和帶電兩種情況來分析。4.2.1、帶電巨粒子氫原子的原子核是一個質(zhì)子，荷電為+e，它與電子的庫倫吸引能為〔取無窮遠為勢能零點〕：具有一定角動量的氫原子的徑向波函數(shù)?(r)rR?(r)知足以下方程：及邊條件式中為電子的約化質(zhì)量，Rl(r〕知足中心力場的球坐標(biāo)形式的能量本證方程。由上式可知，波函數(shù)與原子核的電量、質(zhì)量有關(guān)外，與原子核的詳細構(gòu)造無關(guān)。由此可見，帶電巨粒子有可能構(gòu)成類似氫原子的粒子構(gòu)造，本文把這種構(gòu)造的粒子名為巨氫原子。巨粒子由于不能構(gòu)成多核子的復(fù)雜核，只能構(gòu)成單核子的巨氫原子一種。由于泡利不相容原理的作用，即便巨粒子構(gòu)成了星球，由于沒有核聚變反響，這樣的星球也不能輻射類似恒星的強光。由于沒有核聚變能量的支撐，這類星球容易在引力作用下坍縮成致密星，致密星的尺度往往較小。既不發(fā)光又尺度小，這類星體自然很難被觀測到。4.2.2、電中性巨粒子由式〔2)(3〕知道，粒子帶電是構(gòu)成原子的必要條件，因而，電中性的巨粒子不能構(gòu)成巨氫原子。假如有足夠多的巨粒子聚集構(gòu)成足夠質(zhì)量的星球，星球也容易在引力作用下坍縮成致密星。在天文學(xué)和宇宙學(xué)上，萬有引力是最后壓倒一切的作用力，假如在一定空間內(nèi)聚集足夠多數(shù)量的巨粒子或巨氫原子，就能收縮構(gòu)成星球。由于巨粒子不能產(chǎn)生聚變反響，沒有強烈的能量輻射，因而很難通過電磁手段觀測到，本文把這類星球稱為暗星。除了構(gòu)成暗星，還有大量處于離散狀態(tài)的巨粒子。暗星、黑洞可能就是如今以為的暗物質(zhì)，離散的大量巨粒子就是暗能量。5、巨粒子的來源根據(jù)文獻[1]和[3]，本文以為巨粒子的來源能夠追溯到宇宙大爆炸早期的短暫的暴漲期，暴漲期的超光速疑難理論上一直存在爭議。其實，這里牽涉光速的變化問題。李政道在(量子色動力學(xué)和強子的孤子模型〕[2]一文中建議真空有相變現(xiàn)象存在，并且以為無限范圍的真空的行為像一種完全抗電介質(zhì)，由此，根據(jù)電磁場理論，有理由以為在不同相真空的光速可能是不同的。文獻[3]據(jù)此假設(shè)不同相真空中的光速是不同的，速度的改變是量子化的，設(shè)光速的最小值為cmin，則任何真空相的光速c為n為整數(shù)。以此假講為基礎(chǔ)，提供了解釋類星體超強發(fā)光機制和宇宙大爆炸起源的機制。從文獻[2]知道，宇宙大爆炸來自極端高密度物質(zhì)能量對空間的極化作用，真空發(fā)生相變，進而光速改變，使得該光速大于如今的真空光速值。所以，宇宙暴漲時期物質(zhì)的運動速度其實并沒有超過當(dāng)時的光速，相對論仍然是有效的。暴漲發(fā)生后，物質(zhì)能量在稀釋，密度在下降，下降到某個值時，真空發(fā)生相變，光速下降，光速由ncmin變?yōu)閙cmin，光速改變量△c為華而不實n、m、j為整數(shù)。光速的突變變小，使得大量物質(zhì)質(zhì)點的正常運動速度變成超光速，由文獻[1]的理論知道這些質(zhì)點將做圓周運動，構(gòu)成有自旋的粒子，質(zhì)量大的粒子則成為巨粒子。由于基本粒子的自旋是在一個獨立維度的卷曲空間里，質(zhì)量不會被分解變小，所以巨粒子大量存在，且穩(wěn)定性好。6、結(jié)束語本文根據(jù)文獻[1]解釋基本粒子自旋機制的理論基礎(chǔ)上提出存在巨粒子的可能，巨粒子是