一种可能的Dirac宇宙学和广义相对论的统一理论

自1937年Dirac提出大数假说后,四十多年来出现了一系列可变引力常数的宇宙学模型,但大多数都在不同程度上存在困难。而且除Canuto等人提出的标量协变理论外,都不能解释广义相对论和Dirac宇宙学的矛盾。然而在Canuto等人的理论中引进了Milne的两种时标假说。Dirac曾经指出:Milne假说是和量子力学与经典力学的对应原理不一致的。因此迄今为止,尚未能建立起一种满意的统一Dirac宇宙学和Einstein广义相对论的理论。     

一种新型超巨质量(非黑洞)致密天体

一、引言Guth指出,大统一理论给出了t'Hooft-Polyakov型超重磁单极(质量m_M≈10~(16)GeV/c~2,对于无色磁单极而言,磁荷gm=3hc/2e≈9.88×10~(-8)Gauss单位)存在的可能性。而且按照暴涨宇宙学的观点,不出现标准宇宙学模型中磁单极过多的矛盾。由于宇宙极早期相变阶段中Higgs场的急剧振荡和热涨落,会产生极微量的磁单极。按文献[6]的分析,宇宙早期残存的     

一种新的Dirac能级图

近年来,Manko等人的研究表明,在不违背Robinson-Carter定理的情况下,宇宙中可能存在着带有质量多极矩的黑洞.对质量多极矩而言,质量四极矩的引力场将成为重要部分.具有质量四极矩的一类黑洞的特性已得到初步的研究,本文采用Manko最近从真空Einstein场方程得到的严格的渐近平直黑洞解,用计算机计算并绘制出一个具有质量四极矩的稳态轴对称非Kerr黑洞时空中的Dirac能级,进而研究这种黑洞的非热辐射和黑洞内禀奇点对Dirac能级的影响.     

中微子天体和类星体红移

类星体引力透镜现象的证认和中微子静质量可能不为零的发现,给宇宙学带来了一类新的问题:宇宙中的非均匀分布的质量成分对宇宙天体的视性质或观测性质(如红移、光度等)有怎样的影响? 在标准宇宙学中,天体的视性质被认为是它的内禀性质受了宇宙膨胀作用后的结果,这相当于只考虑了均匀分布的质量成分的引力影响。而实际上,宇宙中的质量分布虽然在大尺度     

规范场与重力场的统一作用量

本文用主纤维丛给出规范场分别与Einstein重力场(GR)及Einstein-Cartan重力场(EC)的统一作用量,文献[1,2]曾讨论过第一个问题、但有不确切之处,本文进行了澄清,并给出第二个问题的处理。     

重力加速度的后牛顿效应

本文根据文献[1]计算后牛顿近似的方法,对于静态球对称质量产生的外部引力场,推导出Einstein理论和Brans-Dicke理论的重力加速度的后牛顿近似的统一表示式,将它们应用到地球和木星的引力场,估算了后牛顿改正值。     

中微子静质量与宇宙早期的成团过程

中微子静质量可能不为零这一实验结果,有个直接的重要的天体物理推论,即有可能存在由中微子构成的自引力体系.这些稳定平衡的中微子自引力体系的质量大体是在星系团的尺度.另一方面,按照标准的大爆炸宇宙学,如果中微子具有静质量,例如m_ν～14—46eV,     

引力规范场作用量及其主丛表述

一 近年来,文献[1,2]采用在以规范群G为结构群的主丛上适当定义Riemann几何的方式,给出了群G的规范场与Einstein引力场(GR)的统一作用量。最近,文献[3]澄清了文献[1,2]中的一些不确切之处,并进而在主丛上引进Riemann-Cartan(RC)几何,从而给出规范     

具有质量多极矩稳态轴对称黑洞的热力学性质

70年代以来,黑洞热力学的研究引起了人们极大的兴趣,取得了一系列有意义的结果.最近,文献[5]利用Gutsunayev-Manko度规和Castjon-Amenedo度规,对具有质量多极矩的稳态轴对称非Kerr黑洞的热力学性质进行研究,得到了几个有趣的结果.然而,从Einstein场方程可知,这几个度规只是多极矩场的某种近似结果:Gutsunayev-Manko度规为最低级Geroch-Hansen多极矩解,而Castjon-Amando度规为前四级Geroch-Hansen多极矩解.那么,在严格的无近似的情况下,具有质量多极矩的稳态轴对称黑洞的热力学性     

中微子静质量与宇宙成团现象

宇宙间中微子十分丰富,其数量与光子相近,比重子多约九个量级。如果中微子静质量不为0,必然会产生许多显著的天体物理效应。本文主要讨论有质量的中微子对宇宙成团现象的影响。如所周知,宇宙一方面在大尺度上表现出很好的均匀性和各向同性;另一方面却又无疑地存在着恒星、星系和星系团等非均匀的物质成团分布。对于恒星的形成,人们已经有了相当透彻的研究;但星系、星系团的形成机制却至今仍远未弄清楚。人们期望,中微子静质量不为     

宇宙中微子的探测和中微子星

我们在前文中,指出中微子有可能占宇宙质量的99％,而重子仅占1％。这些中微子将使宇宙封闭。显然,如何在宇宙中探测出这些可能大量存在的背景中微子,将是一个重要问题。     

Einstein-Dirac方程的柱对称静态解

近年来,由于宣称中微子可能有静质量,D方程的求解作了不少努力.皮切     

中微子振荡实验的最新结果

大统一理论和宇宙学要求中微子具有一定的质量.现在已知的中微子有电子中微子v_e,μ中微子v_μ,可能还有τ中微子v_μ,但目前实验还没有找到v_τ.如果以v_1、v_2、v_3代表中微子质量本征态,那么不同种类的中微子就是质量本征态的叠加.经过一段距离的传播之     

方程的求解公式

Dirac方程在量子电动力学强场物理的研究中起着重要作用,但是由于难以求得其精确解而给这一理论的研究带来很大困难,Reihardt在文献[1]中通过Kummer方程求得过一种情况的Dirac方程的精确解,但始终未见有从解自伴Schrdinger方程求得精确解者,其原因是自伴Schrdinger方程的有效势极其复杂,在数学求解问题上遇到很大困难。本文借助作者文     

光子、热力学与膨胀宇宙

基于宇宙学观测以及含宇宙常数的广义相对论场方程建立的标准宇宙模型,存在着违背物理学基本规律的疑难,提示我们需要仔细审视宇宙动力学的物理基础.例如,同实物退耦后的背景黑体辐射光子数目不再随宇宙膨胀而变化,但宇宙学红移效应导致辐射温度反比于宇宙尺度下降,则背景辐射总能量也反比于宇宙尺度而不断减少,违背了热力学第一定律,损失的宇宙背景辐射能量到哪里去了?又如,宇宙常数对应的暗能量密度不随时间变化,膨胀宇宙中物质不断被创生,总能量随宇宙膨胀趋于无穷.在宇宙学中坚持能量守恒,需要限制暗物质和暗能量的基本物理性质,其中作为零质量玻色子的光子扮演着重要角色.基于爱因斯坦场方程同时又不放弃能量守恒定律的宇宙学模型,给出了和标准模型完全不同因而可以被观测证实或证伪的演化图景:暗物质同暗能量平衡状态下的匀速膨胀才是宇宙的常态,而减速或加速膨胀只是宇宙介质相变导致的瞬态过程.近期开始出现的高精度宇宙学观测结果对标准模型提出了挑战,而有利于能量守恒宇宙模型的预期.正在进行和计划中的宇宙学观测将最终判定2类模型,并且推动基本物理的发展.     

自然界的基本规律能否进化?

近来,在研究宇宙膨胀早期阶段的物理宇宙学文献中,以及在哲学和自然科学方法论的著作中,越来越经常地谈论自然界的规律有可能发生变化的思想。按照标准宇宙学的模型,早期宇宙实质上是一架巨大的“加速器”;其中以自然方式显示出来的能量条件,在地上实验室中原则上不能重新产生出来。对于把高能条件下的各种基本相互作用统一起来的理论公式进行间     

一种新的静态Manko黑洞和稳态Manko黑洞的热力学性质

为了更好地描述真实天体的引力场,Manko引入了两个具有任意多极矩的轴对称的Einstein场方程的精确解,其中一个是静态的,另一个是稳态的,它们都有视界,因此,它们代表了两个黑洞.但是,由于Manko黑洞的视界不是一个完整的光滑超曲面,其上存在着“洞”(裸奇点),所以,它们与Schwarzschild以及Kerr黑洞视界的拓扑结构(Euler示性数)不同.我们将通过对Manko黑洞视界温度的计算,阐明这类黑洞的热力学性质.文献[1]中给出了扁球坐标表示的静态轴对称、具有任意多极矩的Einstein场方程的解:     

“开放宇宙”的一个新的实验证据

宇宙是开放的还是封闭的?这是一个多年来天文学中一直激烈争论的同题。只靠建立在引力理论基础上的宇宙学,无法从理论上加以回答,因为同时存在“开放宇宙解”和“封闭宇宙解”。但是,如果能从实验上证实宇宙中存在足够多的质量,那末根据宇宙学理论,这些质量所产生的引力,经过从现在起几十亿年的变化后,将把所有物质拉在一起以形成封闭宇宙。即由于引力作用,将使大爆炸后向外冲出的物质速度减慢,最后宇宙将依靠自身而开始收缩。     

强主元稀疏阵的近似求逆

如何用较少的计算量得到高精度的近似逆矩阵,是数值计算的重要问题。文献[1]给出了对称三对角阵的近似求逆法。文献[2]进一步给出了对称五对角阵的近似求逆法。文献[1]和[2]的方法只适用于对称的对角优势阵,且难以向多对角阵的情形推广。文献[3]将求逆化成级数展开,并应用于椭圆型方程数值解的计算。级数展开法是向量化算法,但其计算量较大。本文应用文献[4]和[5]提出的矩阵元素阶的概念,在消去法计算中进行高阶截断,给出强主元稀疏阵的近似求逆法。在强主元条件下,该法适用于任意稀疏结构的矩阵。     

一个赤道具有高温的黑洞

文献[1]给出了一个具有任意多极矩变形质量的外部引力场的Einstein真空场方程静态渐近平直解.已证明x=1的超曲面是它的事件视界,而内禀奇点出现在赤道(x=1,y=0)上.这是一个非常特殊而又有趣的天体模型.下面我们将讨论它的热力学性质,计算此黑洞的视界表面重力和视界温度.