星系平均半径由什么决定?

星系平均半径由什么决定?

星系平均半径由什么决定?

Phi: 我们人类生存在地球之上,地球位于太阳系之中。地球半径等于6.378137*10^6米,太阳系半径嘛,不确定,但有三个参考数据。若以海王星轨道半径为界,太阳系半径约为4.504*10^12米;若以日球层为界,太阳系半径约为150个天文单位,约合2.244*10^13米;若以奥尔特云为界,太阳系半径约为10万个天文单位,约合1.496*10^16米。三个参考答案,最大相差约一万倍,这般不确定性也忒不确定了吧。Damned! 究竟哪个是准的?

Phy: 这个世界上恐怕还没有一位天文学家可以告诉你这个问题的准确答案。据我所知,天文学虽然有一些计算太阳系半径的理论手段,如半长轴平均法、行星轨道分布的加权平均法、以太阳系引力范围为基础的计算分析方法(奥尔特云边界法、希尔求半径法)等,但它们给出的计算结果并不一致,相差也较大。所以,还是需要借助观测结果对太阳系半径给出大致估算。对于人类宇宙探索活动,这样的估算结果够用,更准确的结果只有理论意义。

Phi: 乖,理论物理学家也开始讲实用了。你不觉得这个问题在向你们理论物理学家挑战吗?是在考验你们的物理学智慧。太阳系活生生地摆在你们面前,太阳系有多少物质你们也知道,可就是不能准确计算出太阳系半径,这挺有意思啊。小鬼,你的枪是怎么保养滴呀?

Phy: 无需再刺激我,我已被UPHY原理和方程项下No.50 星系平均半径公式刺激过了。这篇文章给出了一个很简单的公式,可用于计算任一星系的平均半径,当然也包括太阳系平均半径。这个公式的物理学思想才是真的有意思:任一星系的平均半径是该星系对其边缘处天体的总引力值与该天体的合力范数达到平衡的结果。

Phi: 这就难怪了,原来合力范数是解决这个问题的关键所在。这个公式有多简单?

Phy: 任一星系的平均半径等于引力常数与该星系总质量之积与引力子加速度之比的开方。UPHY作者使用这个公式对太阳系平均半径、银河系平均半径、总星系半径进行了计算验证,计算结果是:

太阳系半径等于6.8088*10^14米(介于日球层和奥尔特云之间)。

银河系半径等于8.311*10^20米。(观测数据:银河系半径约为10万光年,约合9.46×10^^20米)。

总星系半径等于宇宙半径且等于3.1254*10^26米(总星系在此系指宇宙中全部星系之总和,包括宇宙视界之外的所有星系)。

Phi: 这个答案我喜欢。星系平均半径仅由三个因素决定,它们是引力常数、星系总质量、引力子加速度。这个公式是不是也可以反过来用,在测量出某一星系平均半径的情况下,可以根据这个公式反推出该星系的总质量。这种玩法在天文学上也应该有意义吧?

Phy: 我在想,许多理论物理学和宇宙学长期不能解决的前沿课题,在UPHY旗下却如秋风扫落叶般席卷而去,纷纷落入UPHY囊中,弹出的答案都是那么简洁、明理和准确,其解决方案所使用的方法很简单而蕴含的物理学思想却非常深刻,其物理学思想的先进性、创造性和统一性一次又一次突破了我的认知。我现在更加深刻地体会到作者 序中那两句话的含义。

“数学在理论物理学中享有重要地位并具有两大作用:量化表达物理学思想;对物理学思想内涵进行逻辑挖掘。然而,数学尚不是理论物理学的灵魂。理论物理学灵魂是先进和正确的原创性物理学思想。理论物理学如果没有了灵魂,便退回到纯数学演绎。”

“先进、正确、高贵和天赐般的原创性物理学思想只要求适合的数学配置,或高等数学或初等数学,或两者兼而有之,高等数学绝非唯一配置。我们不能以数学形式高低去判定一个创新物理学理论科学价值的大小,而应首先查看其原创性思想具有的物理学分量是否足够重,其次查看这个物理学思想的数学描述是否自洽和正确,给出的结论与物理实验和天文观测结果是否具有一致符合性,乃至能否给出理论预测供物理实验和天文观测进行验证。如果皆是,这样的创新理论就是理论物理学的阳春白雪。”

Phi: 是不是我们以往因不得宇宙要领而把问题复杂化了?从比利时宇宙学家勒梅特于1927年提出大爆炸宇宙论雏形,到1946年俄裔美国物理学家伽莫夫正式提出大爆炸宇宙论,再到1980年麻省理工学院科学家阿兰-古斯提出的宇宙暴涨理论,直至20世纪90年代发展起来的拉姆达-CDM模型,这些宇宙模型理论建立和发展共耗时近100年,近乎穷尽了人类的所有数学手段,调用了全世界无数精英物理学家,却未能获得关于宇宙诸物理量的统一解,甚至连宇宙总质量、宇宙半径、宇宙年龄、宇宙平均质量密度这四个宇宙基本物理量的理论解都不能从宇宙方程直接获取。相比之下,CST模型根据宇宙基本方程(UPHY第二定律)获取了30余项宇宙物理量的统一解,其中的诸分项解均仅有一个变量,即均是以宇宙量子数为单一自变量的函数。例如,宇宙总质量量值是宇宙量子数的一次方正比函数,且等于宇宙量子数与恒量质量之积;宇宙半径量值是宇宙量子数的一次方正比函数,且等于宇宙量子数与恒量长度之积;宇宙年龄量值是宇宙量子数的一次方正比函数,且等于宇宙量子数与恒量时间之积;宇宙平均质量密度量值是宇宙量子数的二次方反比函数,且等于宇宙量子数的负二次方与恒量质量密度之积与3/4π之积;等等,诸如此类。我想,如此简单、明了和准确的宇宙诸物理量统一解也应该是所有宇宙学家期望得到的。

Phy: 类似情形也发生于引力量子化问题。这个问题原本很单纯,就是想知道任意两物体之间的引力是否也是量子化的,是否也是一份一份组成的?如果是,引力的基本份额是什么?份数等于多少?于是,各种引力量子化理论相继被提出。也耗时100年之久,耗尽了历代理论物理学家们的心血,所有这些理论探索却至今未果。CST模型则以其独特理论视角,给出了引力量子化问题的一个参考答案:任意两个物体之间的引力是量子化的,是一份一份组成的,基本份额是第二引力子力,份数等于此两物体所含引力子数量之积与其间距离所含恒量长度数量的平方之比。UPHY给出的这个关于引力量子化答案即简单又严谨,简单的难以置信,严谨的无法抗拒,秒杀引力量子化问题。这不也正是理论物理学家们一直在寻找的答案吗?

Phi: 支配宇宙运行的底层规律一定是简单且深刻的。纲举目张,一旦准确掌握了这个底层规律,很多看似复杂和难以解决的物理学问题就会迎刃而解。否则,失之毫厘,谬之千里。