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张洞生:新黑洞理论

张洞生:新黑洞理论
   (本文摘录改编自拙作《黑洞宇宙学概论[4]》) (2016-11-09 16:22:05)
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   标签: 新黑洞理论(本文摘录北相朱萍微信群和长征北相朱萍微信群聊天记热烈祝贺北相学派人文北相总部长征qq播报(
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   新黑洞理论 (本文摘录改编自拙作《黑洞宇宙学概论[4]》)
   
   
   爱因斯坦:我認為只有大膽的臆測,而不是事實的積累,才能引領我們往前邁進。
   桑德奇:伟大的科学好比伟大的艺术,存在于最显而易见的地方。
   <序言>:不才才疏学浅,经过10多年的探索,另辟奇径,不用[广义相对论方程],在霍金伟大的‘黑洞物理学’理论的基础上,用5个正确有效的经典基本公式,组成作者的[新黑洞理论],它能自洽有效地用公式描述和证实‘黑洞’和‘我们宇宙’‘生长衰亡’的正确规律,及其在变化中任何确定时间的各个物理参数的数值。因此,作者的[新黑洞理论]能准确地计算出我们宇宙各个时间的‘时间简史’,且符合近代的天文观测数据资料,这是霍金等尚未做到的事
    情。在[广义相对论方程]后整整100年时的2015.11,出版了《黑洞宇宙学概论[4]》一书,其中的[新黑洞理论]为人们提供了一条不用[广义相对论方程]研究黑洞和宇宙的途径,欢迎读者们将2者作比较,判断出其中‘是非对错优劣’。衷心希望读者们能从批判否定推翻作者的‘观念理论公式论证和结论’中,得出新的理论和公式,以推进黑洞和宇宙科学的进步。
   爱因斯坦于1915年发表了他的[广义相对论方程],它是爱因斯坦头脑中的产物,不是建立在坚实可靠而广泛实验的基础上的,当时还没有哈勃定律的宇宙膨胀的概念。从物理学上来讲,广义相对论方程中只有物质粒子之间的物质能量密度的引力作用,而无对抗引力的‘热斥力’是先天不足的,是无法解出物体内部粒子的运动轨迹的,因为宇宙中任何物体的稳定存在都是其内部物质及其结构的引力与斥力相平衡的结果。一个只有粒子纯引力的场方程必然使每个粒子都永远处在不稳定的奔向其‘质心’的收缩运动中,其最后的归宿只能是向其质量中心收敛成密度为无限大的‘奇点’,这是违反热力学定律即因果律的结果,从逻辑推理就可得出的结论。此外更重要的是,无论是宇宙还是黑洞(作者在此书中证明了宇宙自始至终都是黑洞),都是‘开放系统(非恒质-能量、非密度均匀系统)’‘不可逆过程(时间不可逆,非等熵)’‘系统内部和外界都有物质和辐射能的互相转变和交换(E =MC2)’,等等。但是在解[广义相对论方程]时,除了Karl Schwarzschild的解完全能够包容上述所有条件、而得出唯一正确的‘黑洞’解之外,100年来,其余所有的对[广义相对论方程]玩花样的杰出的学者们,包括霍金和彭罗斯在内,对[广义相对论方程]的解都是错误的,或者背离实际的,或者是‘似是而非’的,因为他们解方程的前提都无法包容上述诸多条件中的任何一条,这是研究方向上的错误。因此,他们得出的‘黑洞理论’和‘宇宙学理论’都是背离实际的玄学,宇宙中找不到密度为无限大的‘奇点’,就是明显的例子。所以爱因斯坦说:要打破人的偏見,比崩破一個原子還難。
   本文只研究无电荷、无旋转、球对称的史瓦西(引力)黑洞。计算全用cgs制。
   <1>:史瓦西(引力)黑洞在其视界半径Rb上的5个普遍公式和普朗克领域:5个公式奠定了‘新黑洞理论’的基础
   找出4个物理参数Mb,Rb,Tb,mss在黑洞视界半径Rb上的5个简单普遍正确的经典公式,这5个公式决定了黑洞的状态及其生长衰亡的规律,它们奠定了本书黑洞新理论的基础,因为视界半径Rb的膨胀和收缩的变化决定了黑洞的生长衰亡。所有黑洞必须服从下面的(1a)、(1b)、(1c)、(1d)、(1e)等5个普遍公式,违反者就不是黑洞。
   下面直接采用的旧的经典公式 (1a),(1b),(1c),其来源和推导都极其高深复杂,但它们是现今物理世界行之有效的基本公式,本书只应用其正确的结果,以进一步根据(1a),(1b),(1c) 3式推导出来(1d),(1e)新公式,这5个公式是本书新黑洞理论的5根顶梁柱和根基。
   (1);下面(1a)是著名的霍金经过艰难复杂推导出来的黑洞在其视界半径Rb上的温度公式,
   Mb—黑洞的总质-能量;Rb—黑洞的视界半径,Tb--黑洞的视界半径Rb上的温度,mss—黑洞在视界半径Rb上的霍金辐射的相当质量,h—普朗克常数= 6.63´10--27g*cm2/s, C –-光速=3´1010 cm/s, G –-万有引力常=6.67´10--8cm3/s2*g, 波尔兹曼常数κ =1.38´10—16 g*cm2/s2*k,L p—普朗克长度;T p—普朗克温度;最小黑洞 Mbm的视界半径Rbm和Rbm上的温度Tbm;
   MbTb = (C 3/4G) ´ (h/2πκ) ≈ 1027gk [1] (1a)
   mss既然是黑洞在Rb上的霍金量子辐射,就必须按照是在视界半径Rb上的Tb作为阀温,就符合将引力能完全转换为辐射能的阀温公式,再根据能量粒子的波粒二重性,就必然会得出下面普遍适用的(1b)式。作者在这里头一次将辐射能Ess的相当质量、温度、波长的3种能量的转换统一在一个公式(1b)里,并且确信(1b)式在理论和计算上是正确的,就是说,在本书中各处,认为辐射能都是具有相当的引力质量mss的(人们也可按照自己的理解为电磁质量),这是与广义相对论方程的重大区别之一。(1b)式显示了辐射能性质的多面性和复杂性,辐射能又是信息量和熵的体现(见本书§6章),再加上其红移蓝移和量子的诸多复杂特性,但是人们现在对辐射能Ess的特性及其互相之间作用的复杂性认识还是很不完全的。
   Ess = mssC2 = κTb = νh/2π = Ch/2πl [2] (1b)
   再根据史瓦西对广义相对论方程的特殊解,
   GMb/Rb = C 2/2 [1][2] Rb =1.48´10--28Mb (1c)
   从 (1b) mssC2 = κTb代人 (1a), 作者得出另一个黑洞在Rb上的新普遍公式,
   mss Mb = hC/8πG = 1.187´10--10g2 (1d)
   公式(1b)和 (1d) 都是黑洞的视界半径Rb上普遍有效的公式。既然MbTb 和mssMb之积均为常数,根据热力学第三定律,必定有Tb ≠ 0和不能是无穷大,因此,依次可得出Mb ≠ 0,mss ≠ 0,Rb ≠ 0,ρb ≠ 0等和不能是无穷大。就是说,mss 和Mb都必定有个极限。同样,按照(1a) 、(1b),(1c)式,Tb 、Rb也都不可能是无限大和零,都必定有个极限。再根据部分不可能大于全体的公理。这个极限就是(1d)中最大的mss必定等于最小的Mbm,即Mb = Mbm = mss = (hC/8πG.)1/2。 再从量子引力论得知 (hC/8πG)1/2 = mp[3] =普朗克粒子[3]。 于是黑洞Mb最后只能收缩成为mp[3]=普朗克粒子 = 最小黑洞Mbm。于是,
   mss = Mbm= (hC/8πG)1/2 = mp=1.09´10—5g (1e)
   (1d)和(1e) 2个公式是作者在此新推导出来的、适用于黑洞Rb上的普遍有效的正确公式。
   相对应地,按照上面的公式,Mbm的其它参数Rbm,Tbm,tsbm,ρbm的公式和数值如下,
   \Rbm≡L p [3]≡(Gh/2πC3 )1/2≡1.61´10—33cm (1g)
   \Tbm ≡T p [3]≡0.71´1032k (1h)
   \Rbmmssg = h/(4πC) = 1.0557´10-37cmg (1i)
   \最小黑洞Mbm的康普顿时间Compton time tc = 史瓦西时间tsbm , 于是,
   \tc= tsbm=Rbm/C=1.61´10--33/3´1010=0.537´10—43s, (1j)
   从 Mb=4πρRb3/3和 (1c), 下面(1m)对于任何一个黑洞都有效,ρb是黑洞的平均密度。
   \ρbm = 0.6´1093g/cm3 (1k)
   ρbRb2 = 3C2/(8πG) = Constant = 1.6´1027g/cm `(1m)
   
    (1m)式中,Rbm不可能为0,所以ρbm也不可能为无穷大,这正是(1e)式表示的任何黑洞都不可能塌缩成为‘奇点’。`(1m)也成为黑洞的另一个普遍公式,凡不符合`(1m)者们,就不是黑洞。
   根据量子引力论,普朗克粒子mp= (hC/8πG)1/2 ≡最小黑洞Mbm,普朗克长度L p ≡ (Gh/2πC3 )1/2 ≡ Rbm。因此,普朗克粒子mp 与最小黑洞Mbm在Tbm ≡T p [3]≡0.71´1032k的条件下是可共存互换的。
   什么是黑洞?上面5个公式(1a) (1b) (1c) (1d) (1e)规定了黑洞4个物理参数Mb,Rb,Tb,mss之间的准确关系,就是说,凡是4个物理参数符合5个公式的准确关系的,才是黑洞,不符合的就不是黑洞。
   比如,我们太阳就不是黑洞。太阳质量Mθ= 1.989×1033g,太阳半径Rθ= 6.9599×1010 cm,太阳表面温度Tθ = 5800K。太阳发射可见光,其波长θ » 4´10--5cm,如果太阳是黑洞,则其质量Mθ = Mb=1.989×1033g,按照公式(1a) (1b) (1c) (1d)计算,应该其Rb=3´105cm<< Rθ; 应该其 Tb = 5×10—7k<>θ。可见,我们太阳离黑洞还太远了。只有将其现有的总质量压缩至半径为3km时,才可成为一个真正的史瓦西引力黑洞。
   
   <2>:从对上面的‘新黑洞理论和公式’的观察和分析,可得出许多极其重要的结论和推论,它们大大地推进和完善了‘黑洞理论’和‘宇宙学理论’:
   第一;‘新新黑洞理论和公式’最重大的成就是找出了黑洞发射的霍金辐射mss与黑洞总质-能量Mb的正确的关系公式(1d)和(1e)。霍金因为没有找到mss的量和与Mb的正确关系式,所以他不时地发表出对‘黑洞存在或不存在’、‘信息在黑洞内能不能逃脱和是否消失’的自相矛盾和犹豫不决的观点。
   第二;根据(1c)可知,当一个黑洞Mb形成之后,无论它因吞食外界能量-物质而膨胀,还是因发射霍金辐射mss而收缩,在它最后收缩成为最小黑洞Mbm = 普朗克粒子mp之前,它将永远是一个大小不同的质-能量Mb的黑洞。
   而且,当黑洞在其视界半径(Event Horizon)上因发射霍金辐射 (Hawking Radiations) mss而收缩或者因吞噬外界能量-物质而膨胀时,其视界半径Rb上各种物理量(参数)的变化,与其内部结构与物质密度的分布和状态无关,而只与黑洞总质-能量Mb有关。从而证明:黑洞的视界半径Rb最后只能因不停地发射霍金辐射而收缩成为最小黑洞Mbm = (hC/8πG)1/2 =10-5 g = mp,即普朗克粒子时,就在普朗克领域爆炸消失。因此,黑洞就不可能在其视界内部的中心出现“奇点”.
   这些正确而有公式和数据的确凿结论,是100年来玩弄‘广义相对论方程’的学者们无法得到的。宇宙中和黑洞内找不到‘奇点’的踪迹,证实作者‘新黑洞理论’的正确性。

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