暗物质被誉为是笼罩在20世纪末至21世纪初,现代物理学的最大乌云。
物理学家们为此进行了长期努力,提出了多种暗物质模型,如冷暗物质,超对称暗物质等,并浪费了大量人力物力,进行了大量实验观测,但对暗物质的认识,迄今却仍停留在初始提出时的程度。
暗物质最初的提出,是因为旋涡星系的旋转曲线近乎平直,即从内到外旋转速度基本不变。
由于旋转所形成的离心力大于牛顿引力,如果不把暗物质引入,星系就会因离心力过大而解体。
上述需要说明的是,这个离心力大于牛顿引力,其推导过程并不严谨,以至后来科学家们又把焦点放在了求解圆盘的引力场,因为旋涡星系完全可近似为圆盘形状。
而圆盘引力场的求解,在数学上又遭遇解椭圆积分困难,也就是无解(只有特殊解)。
于是,圆盘引力场的解成为了引力理论的基本问题,而存在了近百年。
其实,若从数学家的角度看,这一问题
估计已存在了数百年而没被解决。
目前针对这一问题的解决方法,不过是基于对无限大薄圆盘引力势方程解的猜测或想象,而假设星系中存在暗物质。
只是这一假设被学术界肯定成了,暗物质就是客观存在的。
这正应了一句话,谎言说了一千遍,就是真理。
如今,圆盘引力场方程在《现代物理学疑难解析》一书中,已被准确推导出来了,为g=Gπρ(G为引力常数,ρ为圆盘密度)。
但是,从方程g=Gπρ可以看出,其中的密度ρ仍是个未知参量,而星系的密度又是不均匀的,所以若要解决实际问题,还必须得到星系的密度分布规律,这也是目前天文学面临的重大课题。
可见,引力理论的基本问题解决了,并不代表实际问题就解决了。
不过,在《现代物理学疑难解析》一书中,星系的密度也给出了表达式,可表示为ρ=k/r(k为常数,r为星系盘上某点至星系中心的距离)。
如此,星系旋转曲线问题便得到了彻底解决,即星系旋转曲线的平直性是完全正常的,根本不需要暗物质的帮忙。
这么大科学事件,当然不能仅凭些简单推理就能草草结案,实验检验那可是必须的最后一环。
那就是,由以上结论推导出的银河系质量,与目前最精确的银河系质量测量结果,在5%精度上做到了符合。
暗物质问题的解决,应该算是物理学界的一个重大事件了吧,但这在《现代物理学疑难解析》一书中,也不过只占据了不大的一个章节内容。
整部书涵盖了宇观、宏观、微观所有物理学基础领域,目前的大多物理学问题,几乎在其中都能找到答案。
而其所展露出的自然发现,也一定会多到让你感到惊讶。
放眼整个科学发展史,恐怕也只有牛顿的《自然哲学的数学原理》一书,或可与之一较长短吧!。
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