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伍岳明 （wuyueming001@hotmail.com）　2008.02

伍岳明曹明富

(杭州师范大学,浙江杭州 310036)

摘要：深入研讨地球科学中的几个深层次问题后，认为绕轴自旋星球会发出引力波，对星球周围上空物质（质点）不仅有与距离平方成反比的引力,而且还有与距离三次方成反比的引潮力和与距离一次方成反比的“引力矩”作用，认为“引力矩”就是‘暗能量’的最佳候选者。并推论出‘共旋’宇宙学物理模型，认为具有巨大转动惯量的宇宙物质，在边旋转边膨胀的过程中，它的‘动量矩’也是‘暗能量’，因为它们的基本单位都是力与距离的乘积。.

关键词：暗能量引力波引力矩动量矩宇宙物理模型

0、引言

2003年年末，美国“科学”杂志评出年度十大科学成就时评价说，“明确宇宙能量分布，找到暗物质和暗能量存在的新证据，是2003年所取得的最重大的科学突破。”

2003年7月23日，美国匹兹堡大学斯克兰顿博士领导的一个多国科学家小组宣布，他们借助美国“威尔金森微波各向异性探测器”的观测数据（观测宇宙微波背景辐射的微小变化），发现了暗能量存在的直接证据。探测结果显示，宇宙年龄约为137亿年，宇宙由23％的暗物质，73％的暗能量，4％的普通物质组成。宇宙中所占比例最多的东西反而是人类最迟也是最难了解的，至今仅知道它们存在着，但还不清楚它们的性质。作为宇宙一分子的太阳系里是否存在暗能量是本文探究的主题。

科学巨匠爱因斯坦曾说过：“发现一个问题远远比解决一个问题更重要，因为解决一个问题也许只需要一个技巧，而发现一个问题则需要更高的智慧和意识。”本着“思想自由、自主创新；提出问题比解决问题更重要”的科研精神境界。我们大胆质疑教科书中的一些内容，提出太阳系、地球科学中的深层次问题。在解决问题的过程中既要“实事求是”又要“大胆假设”，‘共旋引力波’假说就是基于此‘科研精神’而‘应运而生’的。

‘共旋引力波’假说[1]认为：4％的普通物质组成绕轴自旋星球会发出引力波和电磁波，对星球周围上空物质（质点）不仅有与距离平方成反比的引力,而且还有与距离三次方成反比的引潮力和与距离一次方成反比的“共旋梯力矩”（现改称“引力矩”）作用，该“作用力”和“力矩”是随质点的质量大小和所处的自旋星球纬度不同而不同。地球上的大气环流和洋流、及金星、木星等具有高密度大气星球不同纬度上的高速气流，其形成机理主要源于‘引力矩’。太阳系行星绕日转动的动力也是源于太阳的‘引力矩’。该“引力矩”就是‘暗能量’的最佳候选者，因为它们的基本单位基本相同，都是力与距离的乘积。

1、太阳系、地球科学中的深层次问题

人类对大自然的认识还很肤浅，还有很多奥秘等待人们去探索，我们大胆质疑教科书中的一些内容，提出太阳系、地球科学中的几个深层次问题。

1 杭州师范大学副研《伍岳明个人网站》：http://sea3000.net/wuyueming 2 杭州师范大学教授

a) 太阳系的八大行星围绕太阳旋转，越往外其转动的速度越低，比如地球绕日速度是每秒30公里，高于火星，而火星的速度又高于位于它之外的木星。这也说明离太阳越远，推动行星转动的能量越校该能量是什么？

b) 地球的天然卫星——月球的转动问题。按牛顿引力定律计算，太阳对月球的引力是地球对月球引力的2.197倍，但月球为什么绕地球旋转而不是绕太阳转？

c) 关于地球内部如何运作这个重要的未解之谜。包括地球内部运作过程中能量问题。教科书中的基本观点是：“地球系统的自然驱动力是内、外两部发动机联合作用的结果。其中，外部发动机指太阳能等，内部发动机则是指地球内部的各种能量。”[2]、“这两部发动机提供了地球的全部能量来源。其中热能是地球最主要的能源”。并认为：“由岩石中放射性元素衰变释放的热是‘地热’的主要来源”，我们质疑‘地球内部发生‘火山’、‘地震’的能量来自岩石中放射性元素衰变释放的热能’。地球内部运作的热能符合能量守衡定律吗？

d) 地球的水圈上的洋流的驱动力问题。

洋流是海洋中大规模的海水以相对稳定的速度所作的定向流动。教科书上认为：“地球上的洋流分布主要受盛行风、海水密度不均匀、地转偏向力、海底地形、海岸轮廓和岛屿等影响。流动的方向既有水平的，也有垂直方向的。其中能循环起来的称为海洋环流。”显然教科书上没有正面回答洋流的驱动力问题。因为教科书中没有交代产生盛行风和海水密度不均匀的原因。更何况如环南极西风漂流圈，它处在南纬６０°左右，若是在南半球的西风带的推动下自西向东涌流。而智利南端的德雷克海峡表面下半年封冻，但冰层以下的洋流仍在缓慢地奔流，可见洋流的驱动并非来之风力，若是海水密度不均匀则只能在重力作用下引起垂直运动不会引发纬向、长距离的定向洋流，肯定还有更深层次的原因。

另外，北印度洋的海水为什么冬季为逆时针环流，而夏季为顺时针环流?是什么力量能使这么巨量海水倒转?印度洋的季风能使印度洋水域巨量海水由顺时针转变为逆时针流动吗？这些深层次问题,都必须从源头上给以解答。

e) 地球大气圈上的大气环流是什么原因造成的。

大气环流是全球性的有规律的大气运动,一般教科书上都认为它是由高低纬间热量差异、地转偏向力、太阳直射点的南北移动、海陆热力性质差异所造成。这四条‘貌似有理’的理由使人们忽视了大气热运动是以垂直运动为主，它很难解释水平的纬向环流，且纬向环流的方向是高低纬度的东风和中纬的西风，很难解释季风风向在一些地区夏季和冬季改变180°的原因。何况地转偏向力的力源是什么也不得而知。

笔者通过引力本质的研究认为可能与太阳系中的暗能量有关。现试述如下：

1.1、引潮力、自旋星球的引力波由星球自转轴中心向四周发出后, 对星球上空物质作用的引潮力是与物质所处的位置有关。其引潮力公式为：

(1)

式中为引力常数、为自转星球的质量，为星球上空物质的质量，为质点到自转星球质心的距离。其单位为：）。

1.2、引力、按牛顿引力定律，各星球对其上空质点均有引力(其单位为：)。引力公式为： (2)

1.3、引力矩。为了能更形象，直观描述共旋梯力，我们先用图1 地球人造卫星受引潮力作用示意图来描写[1]。

图1 地球卫星受引潮力作用示意图

当卫星s在轨道上运行过程中,其在天球上的纬度是在不断变化的。因此卫星在轨道运行过程中所受到的力也是不断变化的。卫星受到引潮力为: ；因引潮力是矢量，是有方向的，其方向指向地心。由它所产生的力也是有方向的，共旋引力波假说认为：在矢径所在的经面的各个方向上的力是引潮力在各个方上的积分。指向地球赤道面的分引潮力会产生一个指向地球赤道面的分力,其值为:

；

该指向地球赤道面的分力乘上力臂，会产生一个使卫星质点进动的引力矩:

；同时也有一个指向星球自转轴的分引潮力:

；该力乘上力臂，会产生一个使卫星质点逆进动的引力矩,其值为: 。它们的合引力矩（单位：）为:

(3)

该式为地球卫星受地球引力矩作用，其实自旋星球对其上空任何质点都有引力、引潮力和引力矩作用，式（3）也能说明离太阳越远，与行星运动方向一致的引力矩越小，八大行星围绕太阳旋转，越往外其转动的速度越低的原因就在于此。因此可以认为‘引力矩’是太阳系中‘暗能量’的最佳候选者。

2、地球表面质点受各星球的引潮力、引力、引力矩的计算

笔者将在地球表面单位质点，在与地球本身、月球、太阳及其他各行星的质心最近距离时，受到它们的引潮力、引力和引力矩（不考虑赤纬角的情况下）计算列表如下：见表1。

表1 地球表面单位质点受各星球的引潮力、引力、引力矩比较表：

星

名

质量

最近距离

引潮力

引力

引力矩

太阳

月球

水星

金星

地球

火星

木星

土星

天王

海王

通过计算和分析,有几条值得注意和进一步探索的意见：

2.1、产生信风和洋流的原因是地球本身的引力矩。

从表1可知地球表面质点，受到地球本身的引力矩为：

；其单位为：，用计算机Mathematica4软件作地球北半球，纬度从到的受地球本身的引力矩大小示意图。图中显示北回归线附近，即纬度引力矩达到最大值，每千克物质将受到的引力矩。如此巨大的力矩推动赤道洋流，就可理解了。教科书上说是由信风推动洋流，显然是不大可能的。从图中还可以看到，在北纬引力矩达到反向最大值，每千克物质将受到反向的的引力矩。巨大的力矩形成北纬附近的由西向东的北太平洋海流和北大西洋漂流，也就可理解了。

图2 地球表面质点，受到地球本身的引力矩示意图

同理，地球上空质点，受到地球本身的引力矩作用，形成低纬的东北信风及中纬的盛行西风，也就可理解了。显然不可能完全由太阳辐射加热大气而形成大气环流。

2.2、形成北印度洋的季风洋流的原因来之太阳的引力矩。

观察北印度洋洋流的流向：北印度洋洋流为季风洋流，它的流向随季节的改变而改变，冬季为逆时针环流，夏季为顺时针环流。见图3。要将印度洋的巨量海水，从冬季为逆时针

图3 北印度洋的季风洋流（A冬季、 B夏季）图4 形成北印度洋的季风洋流的原理示意图

环流，变成夏季为顺时针环流。是什么力做功能使它逆转？笔者认为是太阳的引力矩。在表1中，地球表面质点受到太阳的引力矩为：；而受到地球本身引力矩为：；可见在不考虑纬度因素，受到太阳的引力矩比地球还大。

太阳的引力矩作用于地球表面质点还与地球的轨道运行中黄赤交角有关。图4为形成北印度洋的季风洋流的原理示意图。在春分、秋分时节，黄道与天赤道相交，地球在天赤道面上运行，天赤纬，因此太阳的共旋梯力矩也为0，而黄道上距天赤道最远的两个点，就是夏至点和冬至点。表现为太阳相对于天赤道的回归运动，使太阳光线直射的范围在南北纬回归线之间作周期性往返运动。若地球在夏至点，即，地球表面单位质点将受到太阳的进动力矩，理论值应有：

。若地球运行到冬至点，地球表面质点将受到逆向的同量的引力矩。

印度洋北部海域，由于受马来半岛及苏门答腊岛的阻挡，由地球本身引力矩形成的北太平洋北赤道洋流受阻。在印度洋的洋流就要受到地球和太阳的引力矩共同作用。在春、秋季印度洋的洋流就要在地球的引力矩作用下，赤道两侧表现为由东向西的赤道流，而赤道处随地球自转表现为由西向东的赤道逆流。而’共旋’理论认为太阳的引力矩（还需进一步探索）使地球上质点的运动方向,在夏季和冬季是相反的。在印度洋北部特定海域内，在地球和太阳的引力矩共同作用下。它们时而相加，时而相减，故表现为冬季为逆时针环流，夏季为顺时针环流。

2.3、太阳、月球和行星的引力矩影响着地球大气环流。（机理与2.2相同，略）

2.4、影响地球自转速度变化的主因来之星球的引潮力。

目前人们发现地球的自转速度量值存在月变化、年变化及4～5年波动变化，还有60年到70年的周期变化的现象。

由地球自转理论可知，一个月内自转速度变化主要取决于月亮赤纬角变化，在月赤纬零度时相对最慢，在月赤纬最大时相对最快。山东天文气象研究者栾巨庆老人观察认为：月球对大气的起潮特点是起潮面只有5-10个地理纬度，大气潮不受水平制约，可上升万米左右，由于中心带大气急剧上升，而下部空虚，两旁纬度的大气不仅不起潮，还成为南北大气来此交锋的通道[3]。

“共旋”理论的解释是当月赤纬零度时，月球对地球表面质点的引潮力最大。月球对地球大气的引潮力使地球的对月面产生上万米高的巨大气柱，此时太阳对地球大气的引潮力也会使地球的向阳面产生既高又粗大的气柱，两大气柱好比溜冰运动员张开双臂，使自己的转动惯量迅速增大，使自己的旋转速度减校这就是月赤纬零度时地球自转速度相对最慢的机理。而月赤纬最大时，月球对地球表面质点虽有引潮力，但产生的气柱不仅较低而且与地球自转的赤道面有20度左右的倾角，好比溜冰运动员张开双臂是一手高一手低，运动员的转动惯量就不会很快增大。这就是月赤纬最大时地球自转速度相对最快的原因。

地球自转速度还有在一年之内的不同季节里，以及在不同年份里自转速度不一样。如：在一年中，8-9月自转速度最快；3-4月，自转速度最慢。“共旋”理论对年变化的解释是太阳对地球大气的引潮力变化的缘故。因地球每年1月运行到近日点，每年3月春分时节太阳的星下点运行到地球赤道对应区，按引潮力公式计算，此时太阳对地球大气的引潮力最大，引起的地球大气柱最高、最粗壮，太阳的引潮力增大了地球的转动惯量，由于地球自转的惯性原因，地球的自转速度减慢要到3-4月才表现出来。同理由于地球自转的惯性原因引起的滞后，原本要在每年7月（运行到远日点及夏至点）自转速度最快，要等到8-9月才来到。

关于地球自转速度呈4～5年波动变化的原因，“共旋”理论的解释是金星、火星对地球大气的引潮力所引起。地球自转角速度变化还有60年到70年的周期。其原因与木星、土星、天王星及海王星有一个60年的会聚周期有关。（具体计算略）

3、月球绕着地球转而不是绕太阳转的机理探究

按牛顿引力定律计算，太阳对月球的引力为：；地球对月球引力为：；倍，即太阳对月球的引力是地球对月球引力的2.2倍。按牛顿引力定律月球应该象行星一样绕太阳转，为什么会绕地球旋转而不是绕太阳转？

笔者分析比较了太阳和地球对月球的引潮力：

和

，即太阳对月球的引潮力只有地球对月球引潮力的0.0057倍。

笔者分析比较了太阳和地球对月球的引力矩（单位：）

通过分析认为月球绕着地球转而不是绕太阳转的原因是地球对月球的引潮力比太阳对月球引潮力大之故；虽然太阳对月球的引力矩从数量上看大于地球对月球的引力矩，但引力矩的方向是纬向，又月球轨道与地球赤道面的夹角要比与太阳的黄道面夹角大的多。所以说在月球轨道的范围内，起主要作用的是地球的引潮力，因其作用于月球的引力梯度力是太阳作用于月球的的引潮力倍多。

4、‘共旋’宇宙学物理模型

2005年6月3日下午，年届九旬的中科院院士彭桓武，在中国科学院理论物理研究所和北京应用物理与计算数学研究所主办的《2005世界物理年学术报告会——彭桓武先生从事物理工作70周年学术思想研讨会》上，为与会者做报告《广义相对论——一个富于刺激性的理论》[4]。彭先生在他的报告中说到“引力强度场G就是通常的万有引力常量，现在不作为常量而作为随时空坐标变化的常”还说“它给了我很深的印象，引力强度原以为是常量，现在却是随时间改变的，现今它之所以如此之小，可以解释为它与宇宙的年龄成反比之故。”

笔者构建的“共旋引力波”假说也认为：大自然中自旋星球的引力强度场不是常数，是一个随时间和空间变化的函数。含时间和空间变量,[1]其公式为：

；（4）

可见不是常数，是一个随时间和空间变化的函数。太阳系行星的椭圆轨道运动是太阳的引力函数的作用结果。

太阳引力波以光速向时空传播，对周围质点不仅有径向的引力作用，还有纬向的‘引力矩’作用，太阳引力波在传播到r代表质点的时刻，若该处是一个行星，该行星在r处的受到的引力矩为：，受太阳的引力函数和太阳质量联合作用，表现出行星绕太阳的椭圆轨道运动。将太阳的有关数据代入太阳的引力函数得：；作太阳的引力函数，在的范围内的等值线：

图5 太阳的引力函数等值线图

得到图5太阳的引力函数等值线图，图中清楚显示太阳的引力函数是随时空变化的函数,太阳引力波从太阳始发到达行星,在行星椭圆轨道的不同点所用的时间是不同的.近日点所用的时间就少,远日点所用的时间就要长一些。行星椭圆轨道近日点转弯的图象清晰可见,并非是“时空弯曲”，时空无须弯曲。行星的椭圆轨道运动是行星受太阳星球的引力矩作用，按引力时空函数编排的时空程序运行之结果。

不同星球的引力函数是一个随时空变化的函数,这也将有助于对时间本质的认识。1905年,爱因斯坦提出了相对论 ,认为时间、空间是相对的,时间、空间和物质运动速度三者是相互联系和相互影响的 ,建立在绝对时空概念下的牛顿运动定律仅是相对论力学的近似处理。20世纪60年代以来 ,黑洞的奇异特性引起了越来越多的物理学家的注意,因为黑洞的性质涉及到物理学的基本规律、基本理论和时空属性。广义相对论告诉我们 ,球对称黑洞的内部有一个奇点 ,转动黑洞的内部有一奇环。现代宇宙学还告诉我们 ,膨胀的宇宙起源于大爆炸的初始奇点 ,脉动的宇宙则不仅起源于大爆炸的初始奇点 ,而且最后要收缩于另一个大挤压的终结奇点。奇点和奇环的存在,反映了时空的内在性质。英国物理学家彭罗斯(R.Penrose)和霍金 (S. W. Hawking)提出了著名的“奇点定理”,这个定理指出[4] ,只要广义相对论正确 ,因果性成立,那么任何有物质的时空至少有一个奇点存在。更重要的是彭罗斯和霍金在提出并证明“奇点定理”的过程中,对奇点概念进行了重新认识 ,提出了极其重要的新思想:奇点应该看作时间的开始或终结。

‘共旋’假说对时间本质是这样理解，‘共旋理论初探上册’第二章中对自旋的星球系统（如地球）作过具体定量描述：图6中质点的质量为,对某惯性参考系坐标原点O的位矢为，当其绕转轴以角速度自旋时，会受到一个相位上呈周期性变化的强迫力作

图6 自旋的星球系统的共旋示意图图7 宇宙物理模型示意图[5]

用于系统的质点自身，使系统质点自身共振，产生周相落后（）的共旋（振）力，也称‘复制力’或‘膺力’，其共旋力振幅为：；整个系统的共旋力振幅为：；因为即各质点的质量乘其位矢并求和，然后除以总质量，显然仍代表一个位矢。这个位矢末端（始端仍在原点）所确定的一点，即为质心。在某种意义上，可以把它看作是诸质点位矢的平均值，只是这种平均并不是简单的平均，而是带有权重的平均，这里的质量相当于权重[7]。故有：；

；

又； ∴ （5）

现将代入统一理论中的物质波的能量公式有：

（6）

从（6）式可得出以下几点推论：

1、宇宙系统中的质心为宇宙的奇点，是奇点也是奇环。其方向为各向同性，宇宙的时间轴是从原点始发的，呈放射状贯穿每个瞬时空间，时间之轴在从里向外不断推移。

2、按理论计算，宇宙的奇点（奇环）是膨胀的宇宙起源于大爆炸的初始奇点，时空是一个奇点 ,这就意味着时间的无限弯曲，就是说大爆炸是一切——空间、时间、物质和能量的最初开端，时间开始于我们的宇宙大爆炸 ,最后时间又终结于奇点。说明我们的宇宙时间是有限的，有开始也有终结，这显然与热力学第三定律表明的时间是无穷无尽的 ,既没有开始又没有结束的时间概念相冲突。与哲学上辩证唯物主义认为的时间是永恒的 ,无始无终的时间概念相矛盾。笔者相信，物理学和哲学也会随着科学技术的发展与时俱进的[8]。

3、关于时间的方向性问题？‘共旋’假说认为时间是一个系统中最重要的元素，而且对一个系统来说是唯一的。系统是时间的唯一依托，一个系统只对应一个时间。热力学的时间之箭与生命进化时间之箭是不可逆的。‘共旋’假说认为热力学的系统时间与生命进化系统时间都包含在我们的宇宙系统时间之中。而宇宙系统时间是可逆的。

4、式中的M是不变的，说明宇宙的总能量是守衡的，式说明与是同号同方向的。天文学家霍金在浙江大学作“膜的新奇世界”演讲时，一开始就讲到：“我想在这次演讲中描述一个激动人心的新机制，它可能改变我们关于宇宙和实在本身的观点。这个观念是说，我们可能生活在一个更大空间的膜或者面上。”笔者理解为：原点o即为宇宙的奇点，是奇点也是奇环，由奇环组成的奇面就是霍金讲的“膜的新奇世界”“在膜上，也就是在泡泡的表面上的人们（例如我们）会以为宇宙正在膨胀。这就像在气球的表面上画上星系（见图7），然而把它吹涨，星系就相互离开，但是没有任何星系被当作膨胀的中心。”受我国先哲的太极文化启发，笔者猜想：宇宙系统以周期在脉动着。我们现在的膨胀的宇宙是右旋的宇宙，脉动的宇宙还会坍塌，坍塌的宇宙是左旋的宇宙，在这个左旋的宇宙中，其质子带负电、电子带正电，二个宇宙中的时间之箭，其方向应该是相反的。在所在的宇宙中都是宇称不对称的。总体宇宙系统是宇称对称的。

4 小结与推论

‘共旋’宇宙学物理模型认为宇宙是由物质组成的，而物质都是运动的。运动（如自旋）物质会向外发射‘物质波’，引力波和电磁波是不同物质结构自旋星球发出的物质波，它们是一种暗能量。

‘共旋引力波’假说认为太阳系绕轴自旋星球对周围上空物质（质点）不仅有与距离平方成反比的引力,而且还有与距离三次方成反比的引潮力和与距离一次方成反比的“引力矩”作用，该力和力矩是随质点质量大小和所处的星球纬度不同而不同，认为产生大气环流和洋流的主因是地球本身的引力矩。该‘引力矩’就是人们要寻找的暗能量。自旋星球的引力矩暗能量有：；也就是说自旋星球的经向有的引力势能，在纬向有的引力矩暗能量。

经计算地球作用于月球的引潮力是太阳作用于月球引潮力175倍，所以说月球绕着地球转而不是绕太阳转的主因是地球的引潮力。而月球、太阳对地球大气的引潮力能使地球的转动惯量迅速增大，使地球的自转速度变慢，说明星球转动惯量的改变会产生巨大的能量改变，这也是‘暗能量’的候选者。

将此推论到‘共旋’宇宙学物理模型，认为具有巨大转动惯量的宇宙物质，在边旋转边膨胀的过程中，它的转动惯量的改变（即动量矩）会产生巨大的能量，该能量就是‘暗能量’，因为绕定轴转动的动力学方程为[7]：；而；说明边旋转边膨胀的宇宙动量矩随即回转半径k的扩大（即转动惯量的增大），其动量矩肯定更大，可以说宇宙的暗能量也更大。因为它们的基本单位都是力与距离的乘积。