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跟芨芨草探讨星系是如何“转”起来的
送交者: 调侃军政 2019月01月25日09:08:38 于 [世界时事论坛] 发送悄悄话
回  答: 戏说宇宙(5) 大国如海鲜 于 2019-01-24 10:20:08

芨芨草博的《戏说宇宙(5)》涉及到了一个至今悬而未决的问题。那就是星系和太阳系最初是如何“转起来”的。这个问题应当分为两部分。1关于WHY的问题,也就是哲学问题,或者叫第一推动问题。2关于HOW的问题,也就是科学解释问题。

芨芨草:【我是这么想的,如果只有引力,则两个物体互相吸引,两者之间的距离就会越来越近,最后撞到一起去了。为了保持动态平衡,两个物体都要旋转,当引力和离心力的合力为零时,就是两个物体保持距离平衡的那一个点了】

---从WHY的角度说,您的这个想法其实是非常有道理的。假如大爆炸模型是正确的,那么宇宙不仅不应当有总动量矩,就连绝大多数星系和太阳系的局部动量矩也都应当等于零才对。但是人们所看到的却是另一幅景象。宇宙中到处都充满了局部动量矩。转动而不是平动,似乎是宇宙运动的主分量。

科学的任务是只负责对现象的解释而不问为什么。即,科学一般不大关心第一推动问题,也就是上帝最初是如何像一个“抽冰猴”的小孩那样,给每个星系和太阳系都“抽上了一鞭子”的。

虽然有不少当代物理学家用计算机模拟星系由于万有引力所导致的相互碰撞所产生的旋转运动以及螺旋形状。但是他们有一个秘密不会告诉别人。那就是初始值的设定。我可以肯定,所有这类模拟的初始动量矩都不等于零。以两个质点的情况为例。假如两个质点的初速度设为零,或者设为有限值,但总动量矩为零。那么碰撞就只能是正碰撞,因此肯定“转不起来。”因此双星相互旋转的情况永远不会出现。

先简单说说动量矩是个啥玩意。一个质点相对于一个固定点的动量矩,就是从这个固定点到质点之间的距离矢量(r)与质点的动量(mv)的矢量积。同理,宇宙,或者星系,或者太阳系,或者太阳自身的的动量矩,就是所有质点的动量矩的总积分。矢量积的一个最大特点,是“只搜集”相互垂直(或者不平行)的那部分分量内容。也就是转动分量,或者用场论的术语,叫做旋度。(万维有不少反共拥美的“正电子版申纪兰大妈”都被俺搞到了“眩晕”的程度。旋度=旋晕的程度。)

再举一个动量矩的例子。假如把万有引力常数提高一亿倍。那么两辆反向行驶着的高铁在相互措过的一瞬间,就会相互缠绕在一起,形成一对类似于双星,或者类似于一个两条臂膀的银河系那样的旋转系统。但前提是,两辆高铁必须是在两个相互错开的铁轨上。假如两辆高铁是在同一个铁轨上,就会出现正碰撞,但却不会旋转。因此,两条双向铁轨之间的垂直距离,也就是“错距,”就是所有星系和太阳系的动量矩的最初来源。

按照这样的思路,那么星系或者太阳系的动量矩来源似乎变得很好解释。例如,假如宇宙形成的最初,是充满了到处乱飞的的星际尘埃。那么总会有两个平行的但却反向运动着的,同时又像高铁那样有些错位的情况。这个想法看似合理,其实是有问题的。因为根据目前的观察,几乎宇宙中的所有星体都是因为众多的“幸福的错距”才转起来的。总之,与平动分量相比,星系的旋转分量无论如何也显得有些过多了。

但是如果从HOW角度看,按照牛顿的万有引力定律,太阳对地球的引力大小的确与太阳的自传无关。换言之,太阳可以以任何角速度绕着任何一个轴转动,都不会影响太阳对地球的引力大小。也就是说,按照经典力学,地球围绕太阳公转的动量矩,与太阳自转的动量矩,以及太阳系整体的总动量矩,三者是各自独立的。但总动量矩却是守恒的。也就是说,假如某天地球与火星撞在了一起,虽然地球和火星各自绕太阳转动的动量矩都发生了改变,但是太阳系的总动量矩仍然与碰撞前相同。太阳的自传角速度,也不会因为地球与火星的碰撞而有所改变。

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