新萬有引力和宇宙的探討

曹燁 董文宇

【摘 要】新萬有引力及公式F萬=G（E1E2）/R2是簡單的，我以往沒有運(yùn)用更多的數(shù)學(xué)來描述是因?yàn)橛钪嬷惺乔Р钊f別和千變?nèi)f化的。我們沒有辦法來復(fù)雜統(tǒng)一。我們只能從簡單的模型看出宇宙的狀況。有人說應(yīng)該修改或取消萬有引力這一說法，但目前來看，它還是有價值的。我們也可以通過新萬有引力來理解宇宙。

【關(guān)鍵詞】場方程 模型 蟲洞 物聯(lián)網(wǎng)

1 宇宙的起源和模型

宇宙的起源是一個極其復(fù)雜的問題。如今有兩種猜測，一種是有起源的：宇宙是由大約137億年前發(fā)生的一次大爆炸形成的。宇宙內(nèi)的所存物質(zhì)和能量都聚集到了奇點(diǎn)，溫度極高，密度極大，瞬間產(chǎn)生巨大壓力，之后發(fā)生了大爆炸，這次大爆炸的反應(yīng)原理被物理學(xué)家們稱為量子物理。大爆炸使物質(zhì)四散出去，宇宙空間不斷膨脹，溫度也相應(yīng)下降，后來相繼出現(xiàn)在宇宙中的所有星系星體乃至地球生命。還有種是說：宇宙整體無限，各局部有限；宇宙各部又生又滅，宇宙本體沒有始終。

宇宙指人類所存在的一個時空連續(xù)系統(tǒng)，包括其間的所有物質(zhì)、能量和時間。對于這一體系的整體解釋構(gòu)成了宇宙論。

宇宙是個穩(wěn)定平衡的能量體系，宇宙的母體是能量體演化的結(jié)果。宇宙大約是由4.9%的普通物質(zhì)，26.8%的暗物質(zhì)和68.3%的暗能量構(gòu)成。

1917年，阿爾伯特·愛因斯坦運(yùn)用他剛創(chuàng)立的廣義相對論建立了一個“靜態(tài)、有限、無界”的宇宙模型，奠定了現(xiàn)代宇宙學(xué)的基礎(chǔ)。1922年，G.D.弗里德曼發(fā)現(xiàn)，根據(jù)阿爾伯特·愛因斯坦的場方程，宇宙不一定是靜態(tài)的，它可以是膨脹的，也可以是振蕩的。前者對應(yīng)于開放的宇宙，后者對應(yīng)于閉合的宇宙。

2014年5月，科學(xué)家制作出最為完整、清晰度最高的宇宙演化的電腦模型，模擬宇宙以暗物質(zhì)為起點(diǎn)誕生并演化的過程。在超級計算機(jī)和Arepo智能軟件的幫助下，科學(xué)家們在3個月內(nèi)完成了一部普通筆記本電腦200年才能完成的運(yùn)算任務(wù)。這個電腦模型可用于測試有關(guān)宇宙構(gòu)造和運(yùn)轉(zhuǎn)原理的理論。有關(guān)科研成果已經(jīng)在《自然》雜志上發(fā)表。

在140多億年前，原始物質(zhì)充斥著整個宇宙空間，物質(zhì)和空間是一個混沌體，所有空間都被原始物質(zhì)填充。原始物質(zhì)穩(wěn)定且蘊(yùn)含完整的能量。原始物質(zhì)是一種極細(xì)膩透明比重比氫氣還要輕的一種物質(zhì)。

我國古代有蓋天論、宣夜論、渾天論。無論我國古代哲學(xué)還是印度或西方的古代哲學(xué)，都把元素看作是抽象的、原始精神的一種表現(xiàn)形式，或是物質(zhì)所具有的基本性質(zhì)?，F(xiàn)代化學(xué)的元素周期律是1869年俄國科學(xué)家門捷列夫（Dmitri Mendeleev）首創(chuàng)的。元素周期表中共有118種元素。原子：可以視為全能量載體，對光子、熱、電子具有邏輯作用。

直至20世紀(jì)，兩種“宇宙模型”比較有影響，一是穩(wěn)態(tài)理論，一是大爆炸理論。

德國物理學(xué)家克勞修斯指出，能量從非均勻到均勻分布的變化過程，適用于宇宙間的一切能量形式和一切事件，在任何給定物體中有一個基于其總能量與溫度之比的物理量，他把這個物理量取名為“熵”，孤立系統(tǒng)中的“熵”永遠(yuǎn)趨于增大。但在宇宙中總會有高“熵”和低“熵”的區(qū)域，不可能出現(xiàn)絕對均勻的狀態(tài)。那種認(rèn)為由于“熵”水平的不斷升高而達(dá)到最大值時，宇宙就會進(jìn)入一片死寂的永恒狀態(tài)，最終“熱寂”而亡的結(jié)局，當(dāng)宇宙膨脹到一定程度，所有星系行星會疏離，分子分解至夸克，而至更小。整個宇宙繼續(xù)膨脹，變成死寂狀態(tài)。這項(xiàng)預(yù)測是根據(jù)數(shù)百個A1超新星的亮度作出的。

在某種意義上，可以認(rèn)為任何時空度規(guī)均滿足愛因斯坦場方程：

場方程推出粒子運(yùn)動方程，其按測地線運(yùn)動。透過弱場近似以及慢速近似，可以從愛因斯坦場方程退化為牛頓定律。時空度規(guī)本身就代表著引力場。

一個是我們在研究引力（重力）加速度的問題。這個多數(shù)屬于測量的局部錯覺。

還有是關(guān)于流形的概念：如果浸入在誘導(dǎo)拓?fù)湎屡c其像同胚，則稱它為嵌入。因此，嵌入是一一的浸入；但不是所有一一的浸入均為嵌入。

我們可以得出的結(jié)論是：宇宙是穩(wěn)態(tài)（靜態(tài)）變化的。

2 蟲洞和新理論

蟲洞是宇宙中可能存在的連接兩個不同時空的狹窄隧道。1930年由愛因斯坦及納森·羅森在研究引力場方程時假設(shè)的，認(rèn)為透過蟲洞可以做瞬時的空間轉(zhuǎn)移或者做時間旅行。蟲洞可以把平行宇宙和嬰兒宇宙連接起來。蟲洞也可能是連接黑洞和白洞的時空隧道，所以也叫"灰道"。這要求有負(fù)能量。宇宙項(xiàng)也稱為“真空的能量”，在沒有物質(zhì)的空間中，能量也同樣存在。

膜宇宙學(xué)是一個物理學(xué)上超弦理論和M理論的分支，專門研究宇宙膜，該理論認(rèn)為宇宙其實(shí)是鑲在一些更高維度的膜上。該學(xué)科同時研究那些更高維度的膜是怎樣影響著我們的宇宙。E. Witten 提出了一種 11 維時空中的新理論。

3 虛擬的應(yīng)用

回顧歷史，在大的危機(jī)之后，總會有新的行業(yè)誕生。20世紀(jì)是互聯(lián)網(wǎng)。21世紀(jì)就是物聯(lián)網(wǎng)（IOT）。美國將新能源和物聯(lián)網(wǎng)列為振興經(jīng)濟(jì)的兩大重點(diǎn)。物聯(lián)網(wǎng)是指通過各種信息傳感設(shè)備，如傳感器、射頻識別（RFID）技術(shù)、全球定位系統(tǒng)、紅外感應(yīng)器、激光掃描器、氣體感應(yīng)器等各種裝置與技術(shù)，實(shí)時采集任何需要監(jiān)控、連接、互動的物體或過程，采集其聲、光、熱、電、力學(xué)、化學(xué)、生物、位置等各種需要的信息，與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合形成的一個巨大網(wǎng)絡(luò)。其目的是實(shí)現(xiàn)物與物、物與人，所有的物品與網(wǎng)絡(luò)的連接，方便識別、管理和控制。 在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中有三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：（1）傳感器技術(shù)；（2）RFID標(biāo)簽；（3）嵌入式系統(tǒng)技術(shù)。這難道不是果殼中的宇宙嗎。有“躲進(jìn)小樓成一統(tǒng)，管他冬夏與春秋”的意境。

4 結(jié)語

可以預(yù)言，地球中心的熱量是萬有引力提供的；地球的溫度與地球電場、地震的頻率的變化規(guī)律一致?？赡芪覀儤?gòu)想宇宙，可以參考各種宗教和玄學(xué)的說法。我們或許沒有必要把宇宙研究成量子力學(xué)的情景。例如，我們可以設(shè)想一個造物主：他調(diào)解著宇宙的關(guān)系和差異的和諧。當(dāng)然這個目的是使我們的生活有所豐富精彩，不然我們的生活也是死寂的，沒有希望的。要知道宇宙物質(zhì)環(huán)境和地球環(huán)境有很大的差別。更可以我們把宇宙描述成一個國，各種星系和星體是成員和子民，可以對應(yīng)我們每一個人。我甚至喜歡一些儒學(xué)的關(guān)于宇宙和世界的描述。

參考文獻(xiàn)：

[1] S·W·霍金，G·F·R·埃利斯.時空的大尺度結(jié)構(gòu)[M].湖南：湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2006.

[2]王志良.物聯(lián)網(wǎng)：現(xiàn)在與未來[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

作者簡介：曹燁（1979—），男，上海人，研究生，研究方向：相對論、宇宙學(xué)、信息智能科技。