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宇宙的最終半徑與黑洞的史瓦西半徑本質是一致的

2024-01-10科學

宇宙的終極半徑就是宇宙的史瓦西半徑,也就是說,宇宙的最終狀態是一個巨大的黑洞;有趣的是:宇宙的史瓦西半徑是宇宙膨脹得來的,宇宙透過自身品質損失提供的能量使宇宙膨脹,進而形成宇宙的史瓦西半徑。

史瓦西半徑,是任何具有品質的物質都存在的一個臨界半徑特征值。在物理學和天文學中,尤其在萬有重力理論、廣義相對論中它是一個非常重要的概念。 1916 年卡爾·史瓦西首次發現了史瓦西半徑的存在,他發現這個半徑是一個球狀對稱、不自轉的物體的重力場的精確解,一個物體的史瓦西半徑與其品質成正比。

史瓦西半徑的公式為: R=2MG/c^2 R 為天體的史瓦西半徑, G 為萬有重力常數, M 為天體的品質, c 為光速。

物體的實際半徑小於其史瓦西半徑的物體被稱為黑洞。在不自轉的黑洞上,史瓦西半徑所形成的球面組成一個視界(僅對於不自轉的黑洞,自轉的黑洞的情況稍許不同)。光和粒子均無法逃離這個球面。也就是說,光子不能離開黑洞的球面,黑洞球面光子到球心的距離就是黑洞的半徑,即黑洞的史瓦西半徑。

宇宙是膨脹的,宇宙的半徑隨著時間的推移在增加,宇宙的半徑達到最大值,在宇宙表面的光子也不能逃離宇宙表面,宇宙便形成一個半徑確定的黑洞。光子也不能離開宇宙的表面,也可以說光子不能離開宇宙的球面,同時宇宙不再向外「傳播」,此時宇宙球面光子到球心的距離就是宇宙的最大半徑,也是宇宙的史瓦西半徑。我在【利用光子的能量科學地計算宇宙的最大半徑】一文中論證的結論:宇宙的最終半徑等於宇宙開始時的品質乘以萬有重力常數的積再除以光速的平方。

宇宙最終半徑數學描述: R=MG/c^2 R 為宇宙的最終半徑或稱宇宙的史瓦西半徑, G 為萬有重力常數, M 宇宙開始時的品質, c 為光速。

黑洞的形成是大品質恒星塌縮的結果,根據角動量守恒定律,我們可以得出結論:這類黑洞自轉的角速度極大。所以這類黑洞的密度、自轉的角速度極大。宇宙是膨脹形成的,所以宇宙黑洞的密度、自轉的角速度極小。

史瓦西半徑是一個球狀對稱、不自轉的物體的重力場的精確解,和宇宙的最終狀態極其相似。由於宇宙最終的狀態是半徑達到最大值、自轉的角速度趨近於零,幾乎不自轉,所以宇宙黑洞和黑洞的史瓦西半徑理論計算更接近。宇宙黑洞和普通黑洞相同的是光子無法逃離各自的表面,不同的是普通黑洞的形成是塌縮形成的,宇宙黑洞是膨脹形成的,並且普通黑洞密度極大,宇宙黑洞密度極小。

我們繼續分析:宇宙的最終半徑(或稱史瓦西半徑)和宇宙開始的品質成正比,而普通黑洞的史瓦西半徑雖然也和品質成正比,但是普通黑洞的史瓦西半徑和品質的正比關系比宇宙黑洞的史瓦西半徑和品質的正比關系大一倍。其實,兩者的機理是相同的。普通黑洞的史瓦西半徑是普通黑洞本身的品質形成的,而宇宙黑洞的史瓦西半徑是宇宙開始時品質損失一半形成的。也就是說,宇宙黑洞也是宇宙形成史瓦西半徑時的品質,繼續分析、論證如下:

我在【利用光子的能量科學地計算宇宙的最大半徑】一文中這樣論證、分析,光子是絕對的能量粒子,光子的能量是 mc^2 。光子的能量是動能和勢能之和,在宇宙內部光子的勢能非常復雜,但是在宇宙邊緣,光子的勢能只有重力勢能,此時光子的能量等於重力勢能與動能之和。數學描述: mc^2= mc^2/2+mgR ,其中 m 是光子的品質、 c 是光速、 g 是宇宙的重力加速或稱宇宙的重力常數、 R 是宇宙的最終半徑。推論:宇宙達到最大空間半徑時,光子的重力勢能等於光子的動能,也就是說, mgR= mc^2/2

宇宙的變化是品質、能量的轉化過程。根據愛因史坦質能方程式 E=mc^2 ,其中 E 是能量、 c 是光速、 m 是損失的品質。當宇宙的品質損失為宇宙開始時品質的一半,宇宙剩余品質也必然光速運動,剩余品質也光速運動,不再存在品質、能量的轉化,宇宙的品質達到最小值,宇宙的品質不再減少,此時宇宙的空間半徑達到最大值,這個最大值就是宇宙的史瓦西半徑。利用宇宙表面的一個光子,對於這個光子必然存在重力勢能等於動能: mgR= mc^2/2 ,化簡得到方程式 R= c^2/2g ——( 1 ),其中 g 是宇宙的重力常數。根據萬有重力定律,我們可以計算宇宙的重力常數 g=MG/2R^2 ——( 2 ),其中 G 是萬有重力常數, M/2 是宇宙開始時品質的一半。聯立方程式( 1 )、( 2 )解得 R=MG/c^2 。也就是說,宇宙的最終半徑等於宇宙開始時的品質乘以萬有重力常數的積再除以光速的平方。

結論:宇宙的最終半徑,即宇宙的史瓦西半徑是宇宙開始時品質損失一半形成的,揭示了宇宙膨脹的原因;黑洞的史瓦西半徑是黑洞現有品質形成的。愛因史坦質能方程式告訴我們:品質損失可以轉化為能量。品質極大的宇宙透過自身品質的損失提供能量膨脹自身,進而形成宇宙的史瓦西半徑;相對於宇宙品質較小的天體,如大品質的恒星透過體積的榻縮形成自己的史瓦西半徑。