宇宙大爆炸及宇宙演化

机跳动的小块 ,且发生在微观层面. 最小的宇宙块
几乎可谓至小无内 ,最短的时间块可谓至短无逝 ,
但它再小也不能小过一定的界限 ,能量极大却不是
无穷大 ,并不是“奇点”. 众多的小块在“圈量子引
力”作用下 ,作类似漩涡的随机运动 ,向一个点收
缩 ,达 (7) 式所示标度 ,该“超微黑洞”(即前宇宙) 发
生爆炸 ,形成一个新的 、膨胀的现时宇宙.
大爆炸后 ,宇宙是热平衡态与引力束缚态共存
系统 ,由于处于高温 、高密 、高压下 ,背景光子热平
衡态占优势 ,宇宙必然膨胀.
3 宇宙演化
由大爆炸时刻 t炸≈10 - 62 s 至 tpl≈10 - 43 s ,宇 宙膨胀至 Planck 标度 ,
rpl≈10 - 33 cm , m pl≈1019 GeV . 传统理论以 tpl为计时的起点. 宇宙以膨胀因
的变化.“反常质量”、“反常电荷”可以使电磁作用 常数α变化[11 ] ,常数不常. 于是可以给出 Planck 标
度为
mpl≈1019 GeV≈10 - 5 g ,
rpl≈10 - 33 cm , tpl≈10 - 43 s ,
Tpl≈112 ×1032 K , Epl≈109 J .
(4)
Epl·tpl≈10 - 34 J ·s≈ .
恰于底边的中垂线上. 且有
m 超微 = A 2 m N≈1038 GeV ,
r超微 = A - 2 rN≈10 - 52 cm
(6)
称之为“超微黑洞”,与最近人们提出的“前宇宙”等
同. 因此 , 宇宙是 m 超微 ≈ 1038 GeV , r超微 ≈ 10 - 52
cm 的“超微黑洞”(即前宇宙) 的一次大爆炸形成 的[ 14～16 ] .
情还不得而知.
作者据单光子能量及普朗克分布算得的密度
谱求出光子数密度 nγ ,再由宇宙中的重子密度及 观测到的质量密度 ρ≈311 ×10 - 31 g/ cm3 ,核子质 量等获得的 np ,半唯象地算出 nγ/ np≈109～1010 , 与实验相符[19 ] . 因此 ,宇宙确实是一个当之无愧的 热平衡态. 宇宙热平衡态必然迫使宇宙膨胀 ,起着 反引力 (斥力) 作用. 随着背景温度下降 ,宇宙膨胀 愈来愈慢 ,直到光子热平衡遭到破坏 ,在引力束缚 态作用下 ,宇宙会由膨胀转入收缩 、坍塌[20 ] .
云 南 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ) , 2008 , 30 ( 6) : 579～582 Journal of Yunnan University
CN 53 - 1045/ N ISSN 0258 - 7971
宇宙大爆炸及宇宙演化 Ξ
许弟余1 , 焦善庆2 , 龚自正3 , 朱永金1
等于核子质量的粒子均服从此规律[5 ] ,对于轻子
则符合质量小半径也小的规则.
在此出现一个令人费解的问题 ,即核子质量为
1 GeV , 半 径 为 10 - 14 cm , 而 Planck 粒 子 质 量 有
Ξ 收稿日期 :2007 - 12 - 07 基金项目 :国家自然科学基金资助项目 (40474033) . 作者简介 :许弟余 (1947 - ) ,男 ,四川人 ,教授 ,主要从事近代物理学方面的教学和研究.
暗物质 、暗能量也将决定宇宙最终的命运[20 ] , 它是超新星爆炸的辐射产物 ,温度高达万亿度. 文 献[ 21 ]认为爆炸释放出大量的高能中微子νe0 ,我 们认为此结论还值得探究. 超新星爆炸时首先释放 的是具有高温 、高能 、质量极小与失踪之谜有关的
奇异“编 外”标 量 粒 子 I0s ( [ q1 , q2 ] g) , 其 量 子 数 为[ 22～24 ]
的点大爆炸 ,若如此 ,目前测得宇宙约含 1079个质
子从何而来[13 ] ,令人难以接受.
目前对超越 Planck 尺度的研究已经开始[9 ] .
若按计算式 (1) , (2) 将 i = 1 外推到 i = 2 ,则得以
“原生黑洞”为直角顶点 ,以“原生黑洞”到 i = 0 , i
= 2 为两腰的等腰封闭三角形 , Planck 尺度 i = 1
宇宙一直膨胀到时标为 tp ≈10 - 24 s ,温标为
第 6 期 许弟余等 :宇宙大爆炸及宇宙演化
581
Tp≈1013 K ,生成费米型质子 p F , mpF≈1 GeV , rpF ≈10 - 14 cm. 若宇宙温标 Tc ≥Tp≈1013 K ,则 p + p
(1)
对天体 i 取 4 ,3 ,2 ,1 及 A i - 1 ,得现时宇宙 、恒
星级黑洞 、原生黑洞[3 ] 、Planck 粒子的质量和视界 ;
i 为 0 , - 0116 , - 015 , - 2 及 A i + 1得核子 、电子 、中
微子 、光子的质量和半径 ,结果与已知数据近似相
符[4 ] ,可见两者密切相关.
,q2 ]g)
+ gg
来自百度文库
→νe0F (q1gg)
+ Ue0B (q2g) .
(13)
普遍认 为
,νe0F
,
U
0 eB
均
为
暗
物
质
,且属热暗物
质. 实验迹象表明 :其温度约为数万度 ,密度约为
(1～4) m H/ cm3 ( m H 为 1 个氢原子质量) ,与核物
质计得混mT合暗Ue0B≈时可2能,1与3在核×13相0540碰KG由e,ρV核暗的≈反限5冲1上1估m开计H/发cvmU到e0B3≈[,200]1. 0我1们c ,估算
大爆炸标度为
m 炸≈1038 GeV , r炸≈10 - 52 cm , t炸≈10 - 62 s ,
T炸≈1051 K , E炸≈1028 J .
(7)
它具有黑洞热力学性质[17 ] ,考虑到霍金蒸发系数
011 ,得
T
炸≈
1026 011 m
N
≈ 011
1026 ×10
-
24
= 1051
K,
E炸≈1(004111××11007
Planck 粒子具有宇观天体和微观粒子的双重
属性. 取 i = 1 , A i - 1 ,这是视为天体的约定 ,由 (1)
式得 (取 m N≈1 GeV , rN≈10 - 14 cm)
mpl = A m N ≈1019 m N ,
rpl = A - 1 rN≈10 - 33 cm.
(2)
(2) 式正是粒子物理中的自然性法则 ,质量大于或
(11 四川职业技术学院 物理系 ,四川 遂宁 629000 ;21 西南交通大学 理学院 物理系 ,四川 成都 610031 ;31 中国空 间技术研究院总装与环境工程部 ,北京 100094)
摘要 :给出了宇观天体和微观粒子质量 、半径的统一计算式 ,计算结果与实验基本相符. 认为宇宙大爆炸是 “超微黑洞”(即前宇宙) 的大爆炸 ,否定了点大爆炸的传统观点. 爆炸后的宇宙背景是光子热平衡态和引力束缚 态共存的系统 ,平衡态占优势则宇宙必然膨胀. 暗物质 、暗能量的本质是什么 ? 它们会怎样左右宇宙的命运 ? 最 后也阐明所谓的“大沙漠”区并非一无所有 ,它分布着三代费米子的超对称伴子 ———三代玻色型粒子成员.
×t炸 - 24) 2
=
1036
erg
=
1029
J
.
(8)
E炸·t炸≈ , p炸·r炸≈ .
( = 1105 ×10 - 34 J ·s)
(9)
受不确定关系制约.
“超微黑洞”即“前宇宙”的量子引力并非平直
的 ,在“圈量子引力”作用下[16 ] ,空间 、时间都不是
平稳和连续的 ,而是分割成一个个极微小的不断随
[ γ+γ的反应可以发生 ,若 Tc < 1013 K ,则 p + p →γ+γ 可以发生 ,
γ+γ→p + p 不能发生.
(10)
所以宇宙中光子数远远地多于质子数 ,实验给出光
子数密度 nγ 与质子数密度 np 之比为
nγ/ np≈1010 .
(11)
为何出现这一现象 ? 可能与 CP 破坏有关 ,详
Q = 0 , I = 0 , I3 = 0 , B = 0 , L = 0 , Y = 0. (12) 它的确具有非重子 、亦非轻子 、非玻色子 、非费米子
的十分特殊的奇异性. 若立即俘获 gg 对 ,马上转变
为费米型中微子ν0eF和它的超对称伴子 ———中性微
子
U
0 eB
,方程为
I
0 s
(
[
q1
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云南大学学报 (自然科学版) 第 30 卷
1019个核子质量 ,半径却只有 10 - 33 cm ,核子半径
是 Planck 粒子半径的 1019 倍 ,10 - 33 cm 的半径如
何包含 1019个核子[6 ] . 同样的疑难在“原生黑洞”中
也存在 ,因 i = 2 ,
关键词 :自由流阻尼标度 “; 超微黑洞”“; 前宇宙”;热平衡态 ;引力束缚态 ;暗物质 ;暗能量 ;超对称 中图分类号 :O 572. 32 文献标识码 :A 文章编号 :0258 - 7971 (2008) 06 - 0579 - 04
宇宙的起源和演化问题是科学研究最活跃的 领域之一. 牛顿曾提出一个无限宇宙模型 ;爱因斯 坦根据相对论的基本原理建立起有限无边的宇宙 模型 ;哈勃定律确证了整个宇宙处于膨胀状态 ;伽 莫夫和他的同事提出了大爆炸宇宙论 ;古斯和林德 等人提出了暴胀宇宙论 ; 我们提出了宇宙起源于 “超微黑洞”(即“前宇宙”) 的大爆炸. 爱因斯坦模型 克服了牛顿模型带来的困难 ,但存在着内部矛盾 ; 大爆炸宇宙论除了获得红移现象和哈勃定律的支 持外 ,微波背景辐射的发现是更有力的支持 ,但它 存在着“奇异性”等问题 ;霍金等人提出运用量子引 力理论作为解决“奇点”问题的初步方案 ,但仍无法 从根本上解决问题. 本文从宇观天体和微观粒子的 统一表述 ,宇宙大爆炸是“超微黑洞”(即“前宇宙”) 的爆炸 ,宇宙演化 “, 大沙漠”区并非一无所有等几 个方面综述宇宙大爆炸及宇宙演化问题. 主要是论 述了 Planck 粒子属于宇宙极早期具有天体和粒子 的双重属性 ;排除了点大爆炸之说 ,避免了令人难 以接受的“有产生于无”的观点 ;分析了暗物质 、暗 能量的奇异性质支配着宇宙最终归宿 ;用超对称的 观点解释了所谓“大沙漠”区问题 ;指出天体演化 与粒子结构两者密切相关.
1 宇观天体 、微观粒子的统一表述
据宇宙演化中核子 、暗物质粒子 (含中微子) 退
耦为近相对论性状态的两类自由流阻尼标度 ,
Planck 大数 A ≈1019 (或 Dirac 大数 D = 1039) ,给
出天体 、粒子的质量和半径统一计算式表为[1 ,2 ]
m i = A i m N , ri = A i 1 A - 1 rN.
子变重 ,不能用现时粒子来认识早期粒子 ,因引力
常数 G 随着宇宙时间的推移是减小的. 可以证
明[10 ]
Gpl/ G现时 = A 2 . ( A ≈1019)
(3)
引力常数随宇宙时间的推移而减小之说 ,古地
质学 、古生物学数据对此是有利的[5 ] ,也有人持不
同意见. 但应指出 ,高温下“色熔化”可导致强作用
m 原生≈1038 GeV , r原生≈ rN≈10 - 14 cm. 上述疑难在于 Planck 粒子是宇宙早期粒子 ,
如果用现时粒子来分析宇宙早期粒子的性质 ,当然
困难重重 ,不得其解[7 ,8 ] .
Planck 时标为 tpl ≈10 - 43 s ,这是宇宙计时起 点 ,文献[ 9 ]指出 ,由低温相到高温相的相变会使粒
( = 1105 ×10 - 34 J ·s)
(5)
量子力学 、相对论仍适用. Planck 粒子属于宇宙极
早期具有天体和粒子双重性质的客观存在 ,是天体
(最大) 与粒子 (最小) 获得统一表述的桥梁[11 ,12 ] .
2 宇宙大爆炸是“超微黑洞”(即前宇宙) 的 爆炸
原宇宙大爆炸模型认为宇宙是 tc = 0 , rc = 0
子 Hc∝ tc的规律膨胀至 1016 GeV 能标 ,生成原 初磁单极[8 ] ,在 1 cm3 内达 1072个 ,导致磁单极 、宇 宙平直均匀性及宇宙视界三大困难 ,迫使宇宙由 1014～1012 GeV 发生暴胀 、相变 ,大群 SU ( N ≥5) 破缺为 S UL (3) SL L (2) U y ( 1) 群 ,生成宇宙早 期质子 、中子 、电子 、中微子和光子等多粒子宇宙. 宇宙 中 的 扰 动 、起 伏 导 致 了 m = 1014 GeV , r = 10 - 14 cm“原生黑洞”的形成[18 ] .