《揭秘物理世界中的暗物质暗能量之谜》 《创新物理学》之五

《物理世界中的暗物质暗能量之谜揭秘》

李小坚 龚天任

I 引言

仰望星空,繁星点点,茫茫宇宙,浩瀚辽阔。宇宙无边无际?无始无终?目前宇宙可探测的极限是137亿光年,目前的估计宇宙之中,超星系团1000万个,星系群250亿个,大星系3500亿个,矮星系7万亿个,恒星3百万亿亿颗。太阳只是恒星中的一颗,至于像我们这样的地球行星,彗星,小行星,卫星等等就不知道怎么算了。所以,到底有多少大大小小的各种星星,大部分还是未知数,一笔糊涂账。我们地球和太阳所在的银河星系的直径是十万光年,包括一千二百亿颗恒星和大量的星团、星云,还有各种类型的星际气体和星际尘埃。
宇宙即使如此之大,但还是有限的,宇宙不是无限大。观测的结果显示,宇宙空间上还是有边有际,宇宙的边际大约140亿光年;宇宙时间上也是有头有始,宇宙也存在了大约140亿年。跨越边际,追其源头,宇宙是怎么诞生的?首先要搞清楚:如此浩瀚的宇宙,里面都有什么?
我们极目所见,发现可见物质仅占5%都不到;另外还有95%还多的未知存在:暗物质、暗能量,我们根本看不见。

II 怎么知道有暗物质、暗能量

在20世纪30年代,已经注意到在星团中的单个星系的移动太快无法用星系的引力解释他们的行为。在上世纪70年代,我们注意到,星系的恒星和气体旋转不符合所有质量核计。2005年观测到:当星系团碰撞时,单个星系正好通过彼此,就像从远处发射的一枚炮弹发射到另一个。这些现象与我们计算出的引力相差甚远。从正常的物质分离后表明,已知的宇宙物质:质子、中子和电子物质不能构成宇宙的大部分质量! 以上每一个独特的观测事实得出结果都是一样的:暗物质是真实的,它无处不在,它神秘壮观。
暗物质无处不在,最重要的观测证据是普朗克CMB数据1(暗能量= 69.2;暗物质= 25.8;与可见物质= 4.82)。该数据显示,暗物质和暗能量是客观事实,可是没有主流的模型能够描述它们。

我们还知道以下三个事实:
事实1(完全可靠):SM模型中有48个基本粒子(不包括玻色子)。这48个粒子分为两组:正物质24个粒子和反物质24个粒子。每组又分为3个亚代组:8个第一代基本粒子,8个第二代基本粒子和8个第三代基本粒子。
事实2(相当可靠):大爆炸时,有相等数量的物质和反物质。
事实3(完全可靠):所有可见物质是由48个基本粒子中的7个基本粒子组成。本来应该是8个第一代基本粒子都可见,但其中的电子中微子不与光子和其它基本粒子发生交互作用变得不可见。
基于上面的三个事实,我们提出了一个问题:反物质去哪里了?然后,我们还提出另外一个问题:第二和第三代物质基本粒子都去哪里了?
上述问题可以用2种方式来回答。
方式1:他们都被赶走了,那我们必须找到宇宙是如何赶走它们的机制。
方式2:他们根本没有走到别的什么地方去,而是静静地坐在这里,只是不发光,我们看不见而已。
我们的结论是方式2,他们就在这里,就在我们身边。

III 如何解释暗物质、暗能量的存在比例

首先,我们还没有回答最初的大问题:宇宙是怎么诞生的,这是宇宙学的首要问题。
中国古代神话,女娲补天创世。西方宗教是:神创造了宇宙万物。
那么,我们也照样可以编出一个现代神话故事来描述宇宙的创世。
有诗云:

太初有道生虚空,混沌无物创世穷,砰然一声从零始,百卌亿年今成功。

话说有姓卜名存在的天神,派48位有名有姓的神仙来开天辟地,创造宇宙世界和万物。上面的诗句告诉你他们是如何创世的。经过140亿年了,他们创造了今天的这个宇宙世界。

那么,请问那48位神仙,他们现在在哪里?
现在,他们以140亿光年的宇宙做舞台,一直在表演节目。可是,我们人类还没有人能看见,也没人能听懂他们的语言,更没人能看懂他们表演什么。我们继续讲故事吧。
第一部分:这舞台是一个圆形剧场,无比辉煌,无比壮丽。但只有64个座位。它坐落在这个宇宙无比开阔的空间领海。这个舞台和我们这个宇宙一样大。
第二部分:它有一个舞台,以黑色为背景。有8位神仙当演员。聚光灯打在8位演员身上,因为其中一位身穿隐身衣,所以只有7位神仙可见。
第三部分:它有一个黑幕后台,这里有16位神仙在后台剧务工作:导演、编剧、舞美、后勤杂务等幕后工作。当然,你看不见他们。
第四部分:剧场得有观众,一共有24位观众。聚光灯没有打在他们身上,所以他们也是看不见的。
原则上,这四个部分只有演员是可见的,而其他三个部分都在黑暗中。但是,这一切并不意味着,处在黑暗部分的神仙不参与表演和互动。事实上,这48位神仙都参与演出。这样的表演要耗费一定的费用,即用41位看不见神仙以体重作为代价。而且这样的演出持续了140亿年那费用就海了去了,神仙仙体质量是硬通货,花出去就变成流水,变成看不见的暗能量之海。

能告诉大家神仙表演的节目是什么吗?答:天海冰山神仙飘

剧情是无边的天空上没有一丝云彩,天空下面是辽阔的黑黑的能量海洋,海洋的里面飘着一座冰山。奇特的是这座冰山不是别的什么,而是那48位神仙抱成一团,露出冰面的就是那7个看得见的神仙,那41个看不见的神仙浸泡在海洋中,并且看不见的神仙的身体还在融化进入海洋,为这样的演出付出代价W。
剧情还约定这是一个三分天下的传说。请问,你看懂了吗?
那么,我们用现代数学模型来描述,你就肯定懂了。

IV 暗能量、暗物质之数学模型

这个宇宙冰山分为三个部分:空间、时间和总物质。黑黑海是暗能量之海,是暗能量的一部分。
这样:空间=X,时间=Y,物质=Z(总物质)。
取:暗能量=DE,暗物质=D,可见物质=V, 暗物质融入暗能量的比率W(代价)。
GM模型三分天下:空间X=时间Y=总物质Z=33.33 %

X+Y+Z=1

由天体物理界的科学家观测值估计得出W=9%。(我们也是这样预测,有待进一步观测测试,如CMB 、 AMS 机构加油吧)
D/V= [(48 –7) (100 – W) % / 7]=5.33,

V= [(Z –V) x (100 – W) %]/5.33 =4.86 %

D=[(Z –V) x (100 – W) %]= 25.90 %

DE=X+Y+[(Z – 4.86) x W %)] =69.22 %

因此,可以求得暗能量DE=69.22 % 、暗物质D=25.90 % 、可见物质V=4.86 % 。以上模型精度取决于观测值W的精度,理论上可以实现任意位精度要求。以上模型可以看出什么是暗能量了,即宇宙时空就是暗能量,还加上暗物质转换成暗能量的那一部分。
而普朗克CMB数据1直接观察到的事实是:暗能量= 69.2%;暗物质= 25.8%;与可见物质= 4.82%,与D / V = 5.35。比较一下,可以看出GM所推出的结果与之非常接近,甚至GM更精确。

注:W 最近已经被证实为9%多一点。http://news.berkeley.edu/2016/06/02/universe-expanding-faster-than-expected

因此,我们将普朗克CMB数据和最近的berkeley观测数据视为这部神话剧的福音结果。

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V 微观电子结构常数等自然常数之谜

另外,还要告诉大家的是这48位神仙在亚原子粒子层面表演着同样的故事,只是环境稍有不同而已。

那么,接着把这个神话故事将完。

这48位神仙要想平分这个有64个座位的圆形剧场Pi,可是怎么分也做不到彻底的公平。特别是48位神仙还分为两大派系,正方24位,反方24位。于是天神说,先把分不尽的尾数拿出来。

取 A (0) = {(360/2pi) * [(pi/64 + (pi/64) ^ 2 + (pi/64)^3 + … ] } /2}= 1.4788413 度.

天神说,根据你们的表演,论功行赏,对参与舞台表演的24位正方进行先行分配:

于是:A(1) = [360 – 24 * A(0)]/24 = 13.521159 度.

注: 实测Cabibbo 角 θc 大约 13 度。

对于已经拿出来的A(0),和A(1),进行二次分配,并加倍奖励。

于是:A(2) = (2 * [360 – A(1) – A(0)]/24) = 28.75 度。

注: 实测Weinberg 角 θW, 大约是 28 至 30 度。

并且最后公平结算:

Beta = 1/Alpha = = 64 {1 + 1/Cos A(2) + 2(1/48)[(1/64) + (1/2)(1/64)^2 + …+(1/n)(1/64)^n +…]}= 137.0359 …

注:实测Beta=137.0359。

天神是公平的,最终正方和反方是一样的结果。于是,神仙们皆大欢喜。更有地球人精确测量到了以上结果,与之非常接近。

以上全部计算只是基于三个数或者说四个数: {pi, 64, 48 (24 x 2)}。其精确度可以达到任意位小数。具体更详细的论述见:“Super Unified Theory” (US copyright # TX 1-323-231)。

VI 结束语

不仅宏观模型数据,还是微观模型数据与物理界观测数据相匹配程度达到惊人的一致,甚至模型更精准。

因此,此模型可以解决2个重要的开放物理问题。

1. 反物质去哪里了以及重子产生的问题就有了答案。

本文计算说明了反物质、第二和第三代正物质没有去别的任何地方,它们还在这个宇宙中。它们形成暗物质。

2.时间和空间以及部分暗物质转化成了暗能量构成全部暗能量。暗能量是统治宇宙的关键力量,是量子引力的重要组成部分。这将是我们的下一篇文章讨论的内容。

本文关键是说明了龚先生的物理世界模型不再是一个神话传话。最重要的是,该模型可以解决所有悬而未决的问题。

 

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(注:本文中的现代神话故事,只是借讲故事说明道理,本文中天神和神仙并不存在,特此注明!)

加注说事:借用神话讲故事,天神下凡无此事。宇宙创生是真事,暗物暗流暗能事,主流物理不管事,龚学理论简单事,了却人间大烦事,创新物理真本事!

(see:http://prebabel.blogspot.com/2013/04/litmus-test-for-final-physics.html)。

(see:http://prebabel.blogspot.com/2013/04/litmus-test-for-final-physics.html)。

Note1:W (the energy transfer rate from dark mass to dark energy) is the only free parameter which is testable. In an article “Dark section interaction” by Jussi Valiviita, Elina Palmgren (http://arxiv.org/abs/1504.02464 ) indicates that W = 10% is a good fit with {CMB+BAO (baryon acoustic oscillation) + lensing} data for energy transfer from dark matter to dark energy. The non-interacting model lied outside of the 95% CL interval.

Note 2 (add on June 6, 2016): The recent (2016) study done by (Adam G. Riess, Lucas M. Macri, Samantha L. Hoffmann, Dan Scolnic, etc.) shows that the Local value of the Hubble Constant is about 9% higher than the Planck CMB data (2015) estimation.

The Local Value of the Hubble Constant: H0 (now, later universe) = 73.24 ± 1.74 km s−1 Mpc−1

The Planck CMB data (Using ΛCDM with Neff = 3) estimation: H0 (early universe) = 66.93 ± 0.62 km s−1 Mpc−1

The ratio {H0 (now)/H0 (old, CMB)} = {73.24/66.93} = 1.0942

So, H0 (now) is 9.4% higher than the H0 (old, at CMB).

This result implies that there is a ‘dark radiation’ (or Neff = 3.4) becoming dark energy and making the universe expanding faster than the CMB period.

See, http://news.berkeley.edu/2016/06/02/universe-expanding-faster-than-expected/

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