研究惯性重力感应财产的质量,在一个无限的哈勃膨胀的宇宙

文摘

质量是有经验的两个内在属性:惯性(阻力加速度)和重力(吸引其他群众)。在本文中,我们评估的所有质量的引力影响宇宙在加速质量,从线性广义相对论。所有质量的引力作用在一个有限的静态宇宙模型显示创建一个有限的阻力加速度,也就是惯性。然后,我们提出一个线性化理论的概括和评价哈勃膨胀的宇宙。结果表明,重力的影响无限膨胀的宇宙创造有限的惯性,据。弗里德曼临界质量密度发现是有效的。马赫原理是清晰的。价值和万有引力常数G的迹象被发现是一个天文规模的后果。

1。介绍

惯性的起源一直在物理学许多辩论的主题(见[1]审查)。从牛顿的“绝对空间”作为参考加速度,许多物理学家很快就怀疑任何行动(引起惯性力),但不能采取行动。然而,牛顿在旋转水桶(著名的思想实验1,2),见图1,清楚地表明,旋转,相对于“绝对空间”,结果在局部可观测事实。

马赫取代“绝对空间”与“遥远的恒星”作为惰性的来源,没有指示一种互动机制(1- - - - - -4]。瞬时“行动在远处”不符合狭义相对论,基于有限的交互速度。等效原理(2- - - - - -4]假定惯性和引力质量的平等。1953年,Sciama [5)提出了一个解释惯性在稳态宇宙模型中,基于电磁场理论的类比。然而,稳态宇宙模型不是按照哈勃的观测宇宙的扩张。

在本文中,我们将进一步追求惯性的起源,假设引力相互作用机理。首先,我们评估的起源惯性在稳态宇宙模型中,我们将复制Sciama更显式形式的结果。然后,我们将研究哈勃膨胀的宇宙。我们将开始从线性广义相对论方程弱场,低速度近似,后来我们将提出一个更通用的方法。

2。从广义相对论框架

描述广义相对论的张量方程可以简化为线性微分方程类似麦克斯韦方程(1,6),当只有低质量密度和低速度。麦克斯韦方程描述(狭义相对论)对称场的粒子在三维空间中,假设一个有限的传播速度。这些线性微分方程可以新配方(弱智)Lienard-Wiechert字段(3,7]: 的方向坐标的细节(1),见图2。这个公式给出缩写表1。静态吸引力的牛顿引力定律重新出现,条件下和。方程(1mpart)写在一种补充形式,允许集成质量考虑。

灵感来自Sciama [5摘要],我们将评估的后果(1)。我们从一个静态的宇宙开始计算。我们假设一个常数(低)质量密度整个宇宙(宇宙学原理)。在这些边界条件下,使用线性广义相对论是允许的,我们可以计算出总宇宙的交互通过集成(1在整个宇宙的所有大众。我们有以下:

3所示。静态宇宙

在静态宇宙模型中,缓慢移动的观察者,条件满足了。在这种情况下,(1)可以进一步简化如下: 注意,术语涉及方程由于辍学吗。进一步简化(3)可以获得当使用三重积:。

现在我们开始我们一个对称的静态宇宙的评价:一个球体与观察者移动缓慢的中心。当观察者移动的静态宇宙,似乎如果宇宙中的所有粒子瞬间采取报复手段;参见图3。请注意,这不是违背了狭义相对论,随着观察者在既存的弱智Lienard-Wiechert领域。

现在,我们需要一个完整的集成的(2)使用(3),球在球坐标:,取代mpart集成数量如下: 这导致合力为零,这意味着一个移动的观察者的经验没有的整个静态宇宙(的交互)。这就意味着任何对象在缓慢的匀速运动仍在统一的运动,这是牛顿第一定律。

现在,我们计算加速宇宙的交互与观察者的质量中心(5];参见图4。我们执行的集成(2)和(3),和。不失一般性,是拍摄的方向。现在我们有 宇宙的合力加速暴徒和成正比加速度的方向,这意味着质量的观察者试图加入宇宙的加速。它抗加速度由外部力量,叫做惯性!

的积分上限可以从一个侧步哈勃膨胀的宇宙(2,3]。在,假设宇宙的质量转移的最大允许速度必然地,相互作用可以忽略不计。从线性哈勃膨胀公式,可以找到等于(我们的标签)。方程(5)减少如下: 识别(6牛顿第二定律,()必须统一。从WMAP数据(8)(),这个值是发现。

到目前为止,我们假设一个有限的球形宇宙与观察者的中心。然而,当评估宇宙引力的影响,假设观察者并不在它的中心(见图5),就会清楚觉察到有经验的惯性反应一定是不对称的。这种不对称并没有被观察到在实践中在罗兰类型实验(2,3),是违反直觉的:它的缺席意味着(静态宇宙模型),地球在宇宙的中心有一个特权地位。

解决这个难题可以通过考虑哈勃宇宙的膨胀。然而,这需要进一步泛化的含义(1)。

4所示。交互Pur唱

(描述的Lienard-Wiechert字段,1),介绍了广义相对论张量方程的极限情况。在这里,我们将引入Lienard-Wiechert场方程,采用第一原理方法。我们定义一个粒子相互作用的能力影响本身和其他粒子之间的距离作为时间的函数,从一个静态的情况。最简单的交互是源自纯粹的一个粒子的存在。这也被称为重力!

在评估这个(引力)交互,它是假定(1)交互均匀空间和时间;(2)交互的速度是有限的和独立的相互作用的粒子的运动状态。第一个假设意味着只有球形对称,因此静态交互行为的方向向量连接相互作用的粒子。当一个粒子的静态字段进行了研究,实验发现,这与距离根据交互作用降低。这意味着,使用高斯通量法,在三维互动传播。从一维实验,我们得出这样的结论:我们生活在一个三维空间!

第二个假设实际上是狭义相对论原理的一个副本(2,3]。

这两个假设的结合,将静态重力定律,结果在狭义相对论描述的领域(3,7]。这可以表达的麦克斯韦方程,以及通过Lienard-Wiechert字段(1)[3,7]。而不是把这些场方程广义相对论的极限情况,他们以这里为起点,认为是有效的速度和质量密度。

5。膨胀的宇宙

之前研究的引力影响加速膨胀的宇宙的质量,我们需要建立其质量速度分布集成根据(2)。是哈勃观察到物体远离彼此在径向(2,3)(见图6)。速度的增加线性距离的函数,为小值产生的速度相比。我们的兴趣是在粒子之间的相互作用的距离,那里的条件不持有。这需要一个相对评价产生的速度,根据(3,7]

为了计算相对论哈勃定律,我们执行一个思想实验与许多观察家行,由相等的距离(,)。从原点开始,我们假设每个观察者(标记)将哈勃扩张的速度关于观察者。要计算速度的观察者相比,原点,我们利用(7递归的方式),发现数值相等。因此,哈勃膨胀速度公式,一个(静态)的观察者观察到的中心,如下:

这个函数的行为对应于原线性哈勃膨胀;参见图7。

进一步必须考虑(4)。质量密度集成以前静态评估,而现在我们需要考虑哈勃膨胀。宇宙学原理意味着质量密度(作为comoving观察者发现,在距离到处都是相同的:。中间的不移动的观察者指出相对论长度收缩(2,3,6在径向方向,符合(8)。因此,(4)变换如下: 现在,我们可以计算出总力的哈勃宇宙膨胀加速方向)在观察者的质量中心,谁是最初comoving与他的直接环境。定义集成变量的帮助,(2)转换为以下: 采取(这意味着无限的宇宙中,充满了恒定的质量密度),(10)是评价如下: 再次,识别上的引力作用加速惯性观察者,以下平等必须持有: 利用WMAP值(8之前提到的,平等的12)是由测量发现。这证明了重力惯性整个宇宙膨胀的根源,这是直观的马赫原理的证据(1- - - - - -4]。

方程(12)也在广义相对论中,它定义了临界质量密度在弗里德曼度量2,3,6]。与这个方程证明,很明显,选择的模型为宇宙是无限的扩展模型大小和均匀质量密度没有内在空间曲率。这可以被理解为从无限宇宙的宇宙学原理:每个多维数据集的空间对称环绕其他相同数据集的空间,任何空间曲率中心生成的多维数据集,抵消了其他数据集。没有立方体优先弯曲空间,所以空间不是弯曲的在宇宙范围内。

进一步分析的融合(10)表明,在距离大于质量的贡献是主导,如图8。这意味着宇宙是无限扩大质量见图9。

当地偏离平均质量密度不会影响整体的重力加速观察者。还将观察者移动到另一个位置不改变宇宙膨胀的分析(假设观察者comoves,根据哈勃定律,与当地群众)。有限的不对称问题,静态宇宙并不在无限膨胀的宇宙。

6。红移

结果表明,选择的模型为宇宙是一个无限扩大齐次模型质量密度和大小,没有内在的空间曲率。无限的同质性意味着不存在净引力时从一个地方移动到另一个地方。因此,观察到来自遥远的星系红移并不是由于引力效应但产生纯粹的速度多普勒效应,由于哈勃膨胀。纯运动远离观察者,红移是由(2,3] 相对论哈勃速度(8),红移公式简化为以下:

7所示。宇宙的演化

我们展示了膨胀的宇宙是无限大。这意味着它永远是无限大,也一直是无限大。在本节中,我们评估的时间演化,宇宙的一小部分。

到目前为止,我们已经假定一个常量值哈勃膨胀系数。然而,当学习一个小范围扩张固定的质量弗里德曼(临界质量密度)平等的(12)意味着质量密度的变化,即使是常数。

我们现在学习的时间演化半径的质量包含,假定均匀质量密度。我们将假设是一个恒量(表明两个物体之间的引力常数),我们假设弗里德曼(平等12)将有效的随着时间的推移,导致的恒常性公式。我们重写如下: 我们确定质量领域研究的常数,在平坦时空()。这样,我们重新安排(12)到达以下: 等于宇宙的爱因斯坦德西特方程平坦(2,3),可以解决如下: 在哪里和显示的初始尺寸和初始质量密度无限宇宙的一小部分。方程(17)可以进一步简化使用(12)和介绍作为初始哈勃膨胀系数得出以下几点: 对于小时间尺度比初始哈勃时间尺度(),线性哈勃膨胀法是恢复,级数展开。

8。行星运动:马赫

另一个计算是慢动作(观察者在一个中央的质量(类似于一个行星轨道)。假设只运动()平面(),添加一个大质量(质量),靠近观察者,弗里德曼平等的评价导致(12)导致的微分方程和坐标(下降暴徒)如下: 与中央质量和被观察者的距离。方程(19)允许一个圆形轨道(以及一个椭圆轨道),,,导致开普勒定律如下: 方程(20.)是马赫原理的一个显式的形式:行星运动取决于宇宙的质量分布,与重力交互。

实现惯性是由于重力影响的群众在无限膨胀的宇宙结束辩论“绝对空间”(如下介绍了牛顿,他著名的旋转水桶思想实验(1,2)去图1批评马赫)。“绝对空间”本身并不存在。需要评估相对于其他的一切,但我们的宇宙(只能)提供了一个绝对的惯性参考系,通过引力作用与所有大众的无限膨胀的宇宙。

9。重力的影响

以前,我们已经确定了惯性引力效应。当只有引力效应存在,(1)了解到这些影响是成正比的。因此,滴的方程。实际值(或符号)不是一个轨道影响因素!这意味着是无关紧要的天文现象,如恒星或行星形成,我们是否叫重力吸引或排斥。的净效应2引力粒子(最初在休息,作为宇宙的一部分)仍然是相同的:随着时间的减少他们的距离。纯粹,粒子存在的宇宙就足够了。

10。结论

本文的结果表明,惯性是所有大众的无限的引力作用大小,宇宙扩张。因此,所谓的惯性和引力质量是相等的。它也表明,弗里德曼临界质量密度适用,这表明一个平面宇宙时空拓扑。因此明确马赫原理。的价值和引力常数的迹象一个天文尺度上没有结果。

11。建议进一步研究

为进一步验证(或伪造)这个理论,可以进一步研究下列情形:(1)变化的惯性快速移动的粒子();(2)水星近日点的转变;(3)(无加速度的)快速移动的网络交互与膨胀的宇宙粒子。

引用

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