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[百家讲坛] 旋涡里的科学 袁玉刚

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 楼主| 发表于 2017-10-28 16:29:36 | 显示全部楼层
三、超新星究竟是什么?
1934年,美国天体物理学家巴德和兹威基发表一篇短文明确提出了超新星的概念。科学家们认为超新星并不是新生之星,而是爆炸了的死亡之星。
旋涡论认为超新星不是新生之星,也不是死亡之星,而是喷发的恒星。当恒星极径过大,制约了两极的喷发后,憋住的恒星就会发生猛烈爆发,将一部分或者全部表层物质喷向太空,形成光芒四射的超新星。在绝大多数情况下,超新星都是一种大质量恒星的两极喷发。两极喷发有时是直线形,有时是双圆锥形,有时是双球形。从两极方向看起来,不是一个点,就是一个球。美国加州的科学家们有幸看到了超新星的侧面,所以,他们说:超新星爆发时被拉长,具有不对称的形状。有的科学家声称发现了处于死亡边缘的超新星。其实,他们看到的只是一种喷发现象。原来的天体依然存在,只是喷出的物质是能量巨大的粒子和Χ、γ射线,所以,在地球上看到了超新星。
超新星与伽玛射线爆发有直接的关系。超新星的爆发使原本包住核心的物质被抛进太空。几年后,物质变稀薄了,星系的核心自然就暴露了出来。于是,γ射线传递出来了。不仅如此,γ射线还会穿过并加热超新星爆发形成的富含铁的壳状云层,发出强烈的辐射。这就是先是超新星爆发然后才是γ射线爆发的原因。超新星爆发和γ射线爆发都是同一星系所为,只是时间有先后而已。需要特别指出,γ射线爆发并不是超新星爆发的结果,而是超新星爆发导致的星系核心的大暴露,星系核心本来就喷发γ射线。如果星系核心无法形成γ射线,那么,即使超新星爆发,也不会形成γ射线爆发。γ射线爆发也不是什么中子星坍缩成黑洞时的回光返照,而是星系核心喷力作用的结果。星系不管多大,不管爆发过多少次,都永远是一个星系。星系核心就是制造重元素的工厂。旋涡力特大时,就会产生γ射线。一旦能量积聚起来,就会发生爆发。
超新星的寿命非常短暂。喷发不是永久性的;喷出去的表层物质也会迅速地回落,重新遮挡住核心,使恒星恢复原状。公元1054年,北宋天文学家记载下来的超新星只存在22个月,就说明超新星只是一种星系喷发现象。而今,当年的超新星区域仍存在一个蟹状星云。有人认为,恒星爆发后,恒星的内核就会坍缩成中子星,触发成超新星。超新星爆发后又坍缩成黑洞。所以,有人说蟹状星云中心存在一颗中子星。这种理论是错误的。其实,星系核心的密度基本上是一个固定值。不管爆发不爆发都不会越来越大。超新星爆发之后恒星依然是恒星,只不过恒星周围多了一层喷发物质,变成了所谓的星云。测到了γ射线爆无法证明就存在什么中子星;测不出中子星也不能说什么中子星失踪了。本来就没有中子星,你到哪里去寻找根本不存在的东西呢?
著名的船底星座是一个高速旋转的旋涡星系,是宇宙、星系和恒星系的典型代表。其主星是最明亮的恒星,比太阳亮500万倍,质量比太阳大100倍。主星呈扁平状,极径小于赤径,两极温度高于赤道。1841年,船底星座发生了一次非常强烈地喷发。从两极喷发出来的物质形成了雏人星云。雏人星云好象两个蘑菇。其中一个的长轴的长是另一个的1.5倍。虽然,船底星座旋转的速度达到星系分裂速度的90%,但是,它不会因旋转得太快而崩溃,也不会因一次次的喷发而消失。其壮观的焰火仍将继续燃放几十亿年。

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 楼主| 发表于 7 天前 | 显示全部楼层
关于太阳系的起源
关于太阳系的起源有不少假说,最著名的是十八世纪德国哲学家康德及拉普拉斯提出的气体圆盘星云假说。此假说认为:以氢为主的气体圆盘一形成,就开始收缩,并且定时遗弃一些环圈。这些环圈每个都会形成一个小旋涡,聚成一颗行星。这种小旋涡又会遗弃一些环圈,这些环圈又会形成一些更小的小旋涡,聚成一颗卫星。中心的气体云则凝聚成太阳。此星云假说比较圆满地解释了太阳系的共面性、近圆性和同向性。但是,却无法解释星云自转问题、角动量分布异常的问题、行星质量分布问题以及八大行星自转轴倾角不一致的问题。
吸积假说和收缩假说是对康德假说的补充和完善。只是说明太阳形成后遗弃的物质靠吸积或收缩凝聚成行星。
俘获假说也是一种太阳系起源和演化的假说。其代表人物是苏联的施密特和费森科夫。他们认为:太阳从其它星云中俘获一部分星云物质,这些物质又凝聚成行星。
上述假说解释了一些现象。但是,仍然有一些问题无法解决。
1、星云自转的触发问题是太阳系诞生的关键问题
牛顿提出:散布于空间中的弥漫物质可以在引力作用下凝聚。康德认为:星云圆盘一形成,就会在引力作用下马上开始收缩。有人说是电荷间的力使星云凝聚,也有人说是其它天体的引力扰动或附近超新星爆发的冲击波使星云开始坍缩。观察表明星云要有个足够的初始旋转速度,才会形成气体圆盘和密度较大的中心。笛卡儿认为:以太在中心天体周围形成旋涡,带动周围小天体绕中心天体旋转。运动的起因是周围的介质,不是中心天体。尚未发现中心天体对周围天体的引力。但是,这些先哲们,谁也没有说明是什么力量使星云开始旋转起来的。
星云为什么会旋转呢?是什么力量使星云开始旋转呢?为什么一定要同向旋转呢?应该有一个外来推动力。亚里士多德和牛顿想到了第一推动力,但没有找到力源。于是,牛顿转向了上帝。可能由于同样的原因,许多人不赞成甚至反对第一推动力。但是,自然界又确确实实存在着这么一个推动力。正是这个推动力创造并毁灭着宇宙。宇宙演化到今天,很多现象重复发生,以致于分不清因和果。在星系的形成模式上也出现了混乱。当一个星系的射流击穿一片星云时,这片星云中就会诞生新星。但是,这并不是物质或冲击波使星云开始坍缩,而是使它们高速运动的力使星云开始旋转,旋转产生了新星。
2、角动量守恒问题也是太阳系起源无法回避的重要问题
角动量是物体到系统中心的距离与其动量的乘积。即:mvr。刚体的角动量守恒,非刚体的角动量不会守恒。假设m不变,则r增加时,v就要降低。但太阳系的实际情况(开普勒第三定律)是:rv2=常数,r增加时,v2就要降低。假设r不变,则m增加时,v就要降低。但太阳系的实际情况是:mv2=常数,m增加,v2就要降低。显然,非刚体的太阳系的角动量不守恒。为什么非要让它守恒呢?
3、星云物质为什么收缩也是太阳系起源的重要问题
引力导致星云物质收缩的理论认为:高密度区域的星云物质在万有引力的作用下会变得更密,只要万有引力大于向外的辐射压力,星云物质就将迅速收缩,落向中心。如果再有足够的旋转,外围就会形成一个气尘盘,盘上的物质不断落向中心。收缩过程中释放的引力使原恒星变热,当温度达到1000度时,就会产生核聚变,恒星就诞生了。此理论有几个问题无法自圆其说。一是星云物质的高密度区域何来?原始宇宙中的物质应该是相对均匀的。氢原子的万有引力都是一样的,为什么会出现高密度区域?万事总有一个开头,这个头是怎么开的呢?二是高密度区域物质的万有引力能使外围的氢原子落向高密度区域吗?如果是这样的话,行星和卫星的物质为什么不一起落向太阳呢?三是高密度区域的星云物质为什么会旋转呢?
做为一种关于太阳系诞生的理论,必须合理地回答以上三个根本问题,否则,就很难令人心悦诚服。

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 楼主| 发表于 7 天前 | 显示全部楼层
关于太阳系的起源

2、角动量守恒问题也是太阳系起源无法回避的重要问题
角动量是物体到系统中心的距离与其动量的乘积。即:mvr。刚体的角动量守恒,非刚体的角动量不会守恒。假设m不变,则r增加时,v就要降低。但太阳系的实际情况(开普勒第三定律)是:rv2=常数,r增加时,v2就要降低。假设r不变,则m增加时,v就要降低。但太阳系的实际情况是:mv2=常数,m增加,v2就要降低。显然,非刚体的太阳系的角动量不守恒。为什么非要让它守恒呢?
3、星云物质为什么收缩也是太阳系起源的重要问题
引力导致星云物质收缩的理论认为:高密度区域的星云物质在万有引力的作用下会变得更密,只要万有引力大于向外的辐射压力,星云物质就将迅速收缩,落向中心。如果再有足够的旋转,外围就会形成一个气尘盘,盘上的物质不断落向中心。收缩过程中释放的引力使原恒星变热,当温度达到1000度时,就会产生核聚变,恒星就诞生了。此理论有几个问题无法自圆其说。一是星云物质的高密度区域何来?原始宇宙中的物质应该是相对均匀的。氢原子的万有引力都是一样的,为什么会出现高密度区域?万事总有一个开头,这个头是怎么开的呢?二是高密度区域物质的万有引力能使外围的氢原子落向高密度区域吗?如果是这样的话,行星和卫星的物质为什么不一起落向太阳呢?三是高密度区域的星云物质为什么会旋转呢?
做为一种关于太阳系诞生的理论,必须合理地回答以上三个根本问题,否则,就很难令人心悦诚服。

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发表于 6 天前 | 显示全部楼层
二、旋涡假说
笛卡儿曾经创立了旋涡假说。他认为太阳周围有一个巨大的旋涡,带动着行星不断地运转。物质的质点都处于旋涡中,在运动中分化出土、空气和火三种元素。土形成行星,火则形成太阳。他还认为各种大小不同的旋涡中心都会具有一种天体,而天体的运动来源于惯性和物质旋涡对天体的压力。笛卡儿的以太旋涡模型以严肃的物理思想和严密的科学方法,第一次用力学解释了太阳、行星、卫星和彗星的形成,是17世纪最有权威的宇宙论。可惜,那时没有太多的证据来证明他的学说,再加上还停留在直观和定性阶段,无法自圆其说,在和牛顿物理学的对抗中逐渐退出了历史舞台。但是,笛卡儿的物理思想是正确的。我没有仔细研究笛卡儿的以太旋涡模型,但我可以自负地认为,我的旋涡假说是笛卡儿旋涡思想的进一步理化、细化和深化。
1、两个假设
第一个假设:太阳系是一个大旋涡,具有旋涡力
旋涡力,即旋涡中的力,是一种自然力。宇宙中发现的三种力都是旋涡力。月球在旋转,地球在旋转,太阳系在旋转,银河系在旋转,宇宙也在旋转。旋转的起因就是有旋涡力。旋涡力使星云旋转、收缩和割裂,大部分星云被旋向旋涡中心,少部分星云被遗留在外围。旋向旋涡中心的星云旋聚成较大的星球,遗留在外围的星云则旋聚成若干较小的星球。结果,太阳系就变得丰富多采了。
第二个假设:太阳系角动量不守恒
旋涡是非刚体,旋涡中物体的速度不是全都越向外越大,而是有一部分物体越向外越小。角动量不守恒。
由于旋涡力的作用,太阳系物质不是简单地收缩,而是有规律地一边向旋涡中心运动,一边在旋涡外围遗留,一边在旋涡中心向外喷撒。总物质不守恒,所以,角动量也不会守恒。

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 楼主| 发表于 4 天前 | 显示全部楼层
2、太阳系起源假说──旋涡假说
在两个假设的基础上,我提出新的太阳系起源假说──旋涡假说。
1)星云旋涡的诞生
观察表明,银河系里的物质具有相对于银河系中心的每秒数百公里的运动速度,并且物质之间也具有相对速度,类似于在旋涡里运动。银河系是一个大旋涡。根据旋涡论,银河系的旋涡力使星云旋转、收缩和割裂,形成旋臂。在一个旋臂的一侧诞生了一个较大的主要由氢气组成的星云旋涡,这就是最原始的太阳系。原始太阳系的旋转是银河系的旋涡力形成的。
2)星云旋涡的割裂
任何星系都是一个物质旋涡,太阳系当然也不例外。太阳系具有旋涡力。旋涡力可以分成旋力和喷力两种力。两种力原是同一种力,但作用方式、作用方向各不相同。简单地讲,旋力使物质向旋涡中心大规模旋聚,并导致喷力的产生。反过来,喷力使物质向整个旋涡分散,并导致旋力的产生。在整个旋涡里,旋力和喷力两种力都客观存在,本是同根生,彼此也斗争。结果,旋涡中的物质被慢慢分开,形成一个个物质大圈层。大圈层里还会再分成一个个小圈层。大圈层的厚度是由其所在大圈层的层位决定的,即0.3乘以2的圈层次方。这是我的新发现。
圈层里的物质不会永远均匀分布。在适当的时间和地方,圈层里的物质环会断开并旋聚,最终形成旋臂。物质圈层里的质量分布很有规律。尽管外侧大圈层的宽度是相邻内侧大圈层的2倍,但是,其质量面密度却只有内侧大圈层的10%。这就是内侧行星的质量和体积远大于外侧行星的主要原因。在旋涡力的作用下,绝大部分星云物质在一个不太长的时间内旋向中心,旋聚成较大的中心星球;外围的一个个物质大圈层则旋聚成若干较小的星球,并组成与中心同向旋转的旋臂;边缘的一个稀薄的星云环则成为太阳系光环。整个星云旋涡旋转成太阳系薄盘。
3)太阳的诞生
原始的太阳只是一个密度较大的星云旋涡中心──第零层,物质密度最高。在旋涡力的作用下,旋涡中心的物质继续向中心旋聚,越旋越紧。尽管太阳的转动属于近似的车轮式运动,但其内圈层的轨道速度仍旧比外圈层的大,分子平均运动速度也较大。根据分子热运动定律,分子平均运动速度达到每秒105米时就可以满足氢聚变所需要的1000万度高温而产生氢聚变。产生的新物质氦和大量高速粒子沿极轴向两极喷出。此时的太阳还是一个巨大的旋转着的合铙形的物质圆盘,中间厚,外围薄,圆盘中心时而喷出一根光轴。近几年,红外天文卫星探测到许多正在形成中的恒星,毫米波段射电望远镜在一些原恒星的两极发现了高速喷流。证明恒星形成具有这样一个阶段。原恒星两极的高速喷流并不是经常发生。KH15D位于麒麟星座,是一颗只有几百万年的年轻恒星。每隔48天它就会出现20天的晦暗期。天文学家认为,出现晦暗期是由于周围的原始行星物质的遮挡造成的。其实,应该是年轻恒星的喷发周期造成的。喷发时就是明亮期,不喷发时当然就是晦暗期了。随着星云物质的旋聚,太阳星云圆盘中央的厚度越来越大,阻滞了两极喷发,更经常的则是整个圆盘的礼花喷撒。于是,氢核聚变产生的能量就会积聚在太阳中心,辐射成一个明亮的圆球。太阳就开始发光了。这是原始太阳系最壮观的风景。

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 楼主| 发表于 3 天前 | 显示全部楼层
第四节  太阳系是如何演化的?
太阳系中有发光的太阳、固体行星、气体行星、固体卫星、固体小行星、行星光环和彗星。它们各有各的特点,互不相同。它们虽然同出一源,但演化方式各不相同。气体物质原本就有,固体物质怎么来的呢?为什么行星之间的距离符合提丢斯--波德法则?为什么冥王星系轨道偏离旋涡面?为什么小行星系没有旋聚成星球?为什么金星系、冥王星系反向自转?为什么天王星系躺着自转?为什么彗星轨道扁而长?现在,应用旋涡论来一一回答这些问题。
1、太阳系第一代成员的诞生和演化
旋涡论认为:原始的银河系充满星云。银河系的旋涡力在星云旋臂上诞生了太阳系旋涡。此时此处的星云只有氢元素。太阳系旋涡力使大部分星云被旋向旋涡中心,少部分星云被遗留在外围和边缘。旋向旋涡中心的星云旋聚成较大的星球,产生核聚变发光而成为太阳;遗留在外围的星云则旋聚成若干较小的行星系,行星系又可以旋聚成中心的行星、外围的卫星和边缘的光环;边缘的星云则成为太阳系光环。一个完美的太阳系就这样诞生了。
由于物质旋聚的速度特别快,第一代太阳的极半径渐渐追上赤道半径,两极的喷力受到了压抑,中心积聚的能量无法喷发出去,因而发生了爆炸。大量物质──包括铁和岩石碎块飞到几十亿公里之外。当然,和第一代太阳同时形成的行星也随之灰飞烟灭。

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 楼主| 发表于 昨天 08:53 | 显示全部楼层
据推测,在物质圈层形成时,太阳系中心的质量面密度高达每平方千米200万亿千克;地球所在圈层的质量面密度达每平方千米2000亿千克;天王星所在圈层的质量面密度为每平方千米0.02亿千克。即每个圈层的质量面密度为里侧圈层的十分之一。
有些人认为:原始星云中本来就有固体物质颗粒。这些固体颗粒和原始星云一起凝聚成固体星球。但是,元素诞生的理论不支持这种看法,因为,固体物质不会天生,只有恒星才有能力创造固体物质。太阳系里出现的固体物质应该源于太阳系中心的天体──太阳。陨石研究者认为:晶粒硕大的陨石应该源于庞大的天体;陨石嵌粒的化学成分与太阳的相同;玻璃陨石应该源于星体爆炸。种种迹象表明遍撒太阳系的固体物质都源于原太阳。
那么,这些固体物质又是怎样被撒遍太阳系的呢?有人猜测,是太阳风把固体颗粒吹出去的。但那么大的固体星核及整块的小行星如木星、土星的卫星又怎样解释呢?也有人认为固体物质源于太阳系外。但两个太阳系相距遥远,那么大的固体物质难以跨系旅游。旋涡论认为,太阳系中所有的固体行星、固体卫星、固体小行星和陨石都源于太阳的爆炸。爆炸的产物当然也包括各种气体。
2005年1月,一个由中国和美国的科学家组成的科研小组研究了一块中国发现的球粒状碳质陨石,认为是由于恒星的爆炸导致了太阳和太阳系行星的形成。并说这向太阳系由尘埃云和气体冷凝而成的传统观点提出了挑战。理由是:这块陨石中含有硫的同位素──硫36。硫36很少见,只能在氯36受到辐射时蜕变形成。氯36的形成主要是超新星爆发。所以,由这块陨石可以证明太阳和太阳系的行星是恒星爆炸来的。
我认为:这个科研小组的研究思路是正确的。太阳和太阳系的行星的确是恒星爆炸后的产物。但是,一、科学家只用地球上的一块陨石下结论显得证据太单薄。那么多的固体行星、固体卫星和固体彗星其实都是证据。没有恒星的爆炸,那么多的固体物质从何而来呀?二、恒星爆炸只是一个原因,最重要的原因是太阳系存在着旋涡力。不管爆炸与否,旋涡力都会把旋涡内的物质旋聚在一起,组成太阳和行星。试想,爆炸物飞向四面八方,只能形成星云,怎么能形成太阳和行星呢?由尘埃云和气体冷凝而成的传统观点是不对,但由恒星爆炸而成的新观点也不对。太阳和太阳系的行星应该是由太阳系旋涡力旋聚成的。
显而易见,太阳系是一个标准的旋涡。其天体运动的基本特征符合旋涡运动的规律。当然,太阳旋进了旋涡的中心,它可以替天行道,但也只是一个大诸侯。因为大家都处在旋涡中,都受到旋涡力的制约,所以,大家的运行轨道面都处于同一平面内,具有轨道共面性、转动同向性、轨道近圆形、轨道圈层性、物质集中性和速度的规律性。至于物质同龄性则是由于大家都是第二代太阳爆炸后形成的。
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