Modern Physics
Vol.08 No.03(2018), Article ID:24982,5 pages
10.12677/MP.2018.83015

Comparison of Theoretical Calculations and Actual Observations of Galactic Rotation Curve

Binggong Chang

Laboratory of Neurodegenerative Diseases and CNS Biomarker Discovery, Departments of Neurology and Physiology/Pharmacology, SUNY Downstate Medical Center, New York USA

Received: May 1st, 2018; accepted: May 15th, 2018; published: May 22nd, 2018

ABSTRACT

Space-time ladder theory reveals that the Energy Qi field is dark matter. In addition to Newtonian gravity, the movement of the star is also affected by the Energy Qi field: F = m ( E + v × Q ) , where F is the force of Energy Qi field, m is the mass of the stars, E is the energy field strength, v is the speed of the stars, and Q is the Qi induction. Actual observations: In the range of 4 < R < 19 kpc from the galactic center, the star speed is about 220 km/s. However, when R > 8.5 kpc, the rotation curve is raised. Theoretical calculations: In the range of 4 < R < 16 kpc from the galactic center, the star speed is around 220 km/s. When R > 8.5 kpc, specifically, in the range of 10 < R < 19 kpc, the speed of the star rises from 220 km/s to 235 km/s, and the rotation curve rises. However, overall the rotation curve is basically flat, and basically coincides with actual observations.

Keywords:Energy Qi Field, Galactic Rotation Curve

银河系自转曲线的理论计算 与实际观测比较

常炳功

美国纽约州立大学州南部医学中心,神经病学和神经生理药理学系,神经退行性疾病和发现中枢神经系统生物标记实验室,美国 纽约

Email:changbinggong@hotmail.com

收稿日期:2018年5月1日;录用日期:2018年5月15日;发布日期:2018年5月22日

摘 要

时空阶梯理论揭示,能气场就是暗物质,星体运动变化除了受牛顿引力之外,还受能气场的作用力: F = m ( E + v × Q ) ,其中,F是能气场力,m是星体质量,E是能量场强度,v是星体的速度,Q是气感应强度。实际观测:在距离银心4 < R < 19 kpc范围内,星体速度在220 km/s左右。而当R > 8.5 kpc时,自转曲线有所抬高。理论计算:在距离银心4 < R < 16 kpc范围内,星体速度在220 km/s左右。而当R > 8.5 kpc时,具体在10 < R < 19 kpc范围内,星体速度从220 km/s上升到235 km/s,自转曲线有所抬高,但是整体上,自转曲线基本上是平坦的,与实际观测基本吻合。

关键词 :能气场,银河系自转曲线

Copyright © 2018 by author and Hans Publishers Inc.

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1. 引言

20世纪40年代以前﹐研究银河系自转主要利用光学观测的资料﹐如视向速度﹑自行等。但是﹐这种方法有很大局限性﹐只能提供离太阳不超过3~4千秒差距范围内的资料﹔离太阳更远时﹐提供的资料就很不可靠。射电天文兴起以后﹐立即观测到银河系里有中性氢发出的21厘米谱线。根据中性氢21厘米谱线的位移﹐可以求得中性氢云的视向速度﹐从而推出银河系的自转速度。目前﹐中性氢21厘米谱线射电观测已成为研究银河系自转的最重要的方法 [1] 。观测表明,在太阳轨道以外,银河系自转曲线大致保持为平坦状,甚至略有抬高,从而为暗物质的存在提供了有力的观测证据 [2] 。时空阶梯理论揭示 [3] ,能气场是暗物质。我们可以通过能气场理论计算银河系自转曲线,再与实际观察数据比较,可以检验能气场理论对不对。

2. 历史回顾

时空阶梯理论揭示 [4] ,星体运动,除了受牛顿引力之外,还受能气场导致的引力 F = m ( E + v × Q ) ,其中,F是能气场力,m是星体质量,E是能量场强度,v是星体的速度,Q是气感应强度。星体的运动速度,从牛顿引力看, v 1 = G M R ,而从能气场看, v 2 = x R E (其中 x = E 2 K m sin θ ,都是与星体有关的数值,在计算中可以消去 [4] )。

我们从以上公式可以看出,在牛顿引力下,星体的运动速度( v 1 )与轨道半径R的平方根成反比,而在能气场力下,星体的运动速度( v 2 )与轨道半径R的平方根成正比。

两种力产生两个速度( v 1 v 2 ),我们设星体的最后运行速度是 v 0 ,假如 v 1 > v 2 ,那么, v 0 = v 1 Δ v , v 0 = v 2 + Δ v ,假如 v 2 > v 1 ,那么, v 0 = v 2 Δ v , v 0 = v 1 + Δ v ,其中, Δ v 是速度快的一方消失的部分,也是速度慢的一方增加的一方,最后两者趋向最后的稳定速度 v 0 ,所以,公式中的 Δ v 都是相等的。

合并计算,我们得到星体的最后运行速度公式: v 0 = v 1 + v 2 2 ,也就是说,星体受到牛顿引力和能气场力的共同作用,星体的最后速度就是两种力速度的平均值。

3. 计算

我们首先用太阳的运行速度和银河系的质量算出能量场强度来,因为能量场强度相对不变 [4] ,我们可以把这个能量场强度当做银河系内的一个常量。

太阳轨道内的银河系的质量是9.56 × 1010 太阳质量,太阳的质量M = 1.98855 × 1030 Kg,太阳的轨道速度是220 km/s。

因为 v = x ( E G M ) 1 4 ,所以 E = v 4 x 2 G M 。 [4]

代入数值得到银河系内的能量场强度E = 0.00000000018463112134 m/s2/x2,我们用这个相对固定的数值,计算能气场力的星体速度 v = x R E ,同时我们计算牛顿引力的速度 v = G M R

计算得到:

表1是具体的数值,我们看到,从银心开始到周边,牛顿引力导致的星体旋转速度逐渐减小,而能气场力导致的星体旋转速度逐渐增大,两者在8.5 kpc处重合。这个重合的地方,也是太阳系所在的位置。

Table 1. Star speeds caused by Newton’s gravitational, energy Qi field and resultant forces

表1. 牛顿引力和能气场力以及合力导致的星体速度

我们同时看到,两力导致的星体的最后速度(就是两力平均速度),在8 kpc和10 kpc之间,居然都在220 km/s左右,相差不到1 km/s。其实,在5 kpc和15 kpc之间,旋转速度的变化只是在220 km/s与228 km/s之间,变化幅度也是非常小的。

图1是理论计算的两力的平均速度曲线,其实就是银河系自转曲线的理论计算曲线,因为两力的平均速度就是星体的最后速度。我们看到,从4 kpc到20 kpc的巨大范围内,曲线基本上是平坦的。

早在20世纪70年代后期 [2] ,人们已经清楚地意识到,旋涡星系自转曲线在盘的外区通常呈平坦状,即V(R)值大致保持不变,它并不随中心距R的增大而减小 [5] [6] [7] ,这一结果随即被用作支持此类星系存在大质量暗物质晕的观测证据 [8] 。差不多同一时期,类似的情况在银河系中也得到了确证——在银盘外区,直至R ≈ 15 kpc范围内自转曲线是平坦的,V(R)值甚至略有增大 [8] [9] 。到20世纪90年代,关于银河系自转曲线的观测研究,所涉及示踪天体的银心距至少已达到R ≈ 21.25 kpc [10] [11] ,而在这一范围内上述基本结论仍然成立。

1983年 [2] ,Schneider和Terzian [12] 利用Schneider等人 [13] 所提供的524个PN,对其中有距离测定值的250个PN做了一项研究,样本银心距范围4 < R < 19 kpc。他们发现V太阳 ≈ 220 km/s,而当R > 8.5 kpc时自转曲线有所抬高;不过,远银心距PN转动速度的不确定性相当大(参见文献 [12] 之图2)。后来的一些研究表明,自R = 8.5 kpc起外盘的自转曲线基本上是平坦的,V(R)值并未表现出有明显增大或减小的趋势 [14] [15] [16] ;这些工作所用的样本PN,尽管个数有的已接近900 [15] ,但银心距均不超过14 kpc。

以上的观测数据,在R ≈ 15 kpc范围内自转曲线是平坦的,而理论计算,在R ≈ 15 kpc范围内,自转曲线是平坦的,尤其在6 < R < 12kpc的范围内,速度基本相等,都在220km/s左右,浮动很小。在更大的范围内,距离银心在4 < R < 19 kpc,V太阳 = 220.0000076 km/s,而当R > 8.5 kpc时自转曲线有所抬高,这个有所提高,理论计算的结果就是从R = 8.5 kpc时的220 km/s提高到R = 19 kpc时的238 km/s。我们从表1中知道,牛顿引力导致的星体速度,随着距离银心的加大而逐渐减小,而能气场力导致的星体速度是随着距离银心的加大而增大,所以,银河系自转曲线不降反升,曲线有所抬高主要是由于能气场力的作用。

通过以上对比,我们得出的结论就是:银河系自转曲线的理论计算和实际观测基本吻合。我们也可以解释为什么:在很大距离范围内的恒星和气体都以每秒大约220公里的速度在轨道上绕着银河中心运行 [16] 。因为从图1我们可以看出,在距离银心的8 kpc,9 kpc,10 kpc范围内,速度都在v = 220 km/s

Figure 1. The theoretical rotation curve of the milky way

图1. 理论计算的银河系旋转曲线

附近,差距不超过1 km/s,所以我们观测到在很大距离范围内的恒星和气体都以每秒大约220公里的速度在轨道上绕着银河中心运行。

4. 总结

时空阶梯理论通过对比研究,发现了能气场,而能气场就是我们寻找的暗物质。通过能气场理论,我们计算出银河系自转曲线的理论值,这个理论值与实际观测数值基本吻合,这证明能气场理论是正确的。另外,能气场中的能量场开始于能量收缩态 [17] ,就是原子核状态,终止于能量膨胀态,而能量最大的膨胀态就是暗能量,而暗能量和原子核,在时空阶梯理论看来,就是形而上时空与形而下时空的一对矛盾统一体。所以,这次计算应该牵扯到了暗能量,这为将来确定暗能量到底是什么提供了一些线索。

文章引用

常炳功. 银河系自转曲线的理论计算与实际观测比较
Comparison of Theoretical Calculations and Actual Observations of Galactic Rotation Curve[J]. 现代物理, 2018, 08(03): 127-131. https://doi.org/10.12677/MP.2018.83015

参考文献

  1. 1. Moore, C.B. (1998) Neutral Hydrogen 21 cm Absorption at Redshift 2.6365 toward the Gravitational Lens mg j041410534. The As-trophysical Journal, 510, L87-L90.

  2. 2. 赵君亮. 星系自转曲线之观测研究进展[J]. 天文学进展, 2013, 31(2). https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-8349

  3. 3. 常炳功. 暗物质是能量场气场物质, 类似电场磁场物质[J]. 现代物理, 2018, 8(3): 65-73.

  4. 4. 常炳功. 用能气场力解释星系自转曲线[J]. 现代物理, 2018(8).

  5. 5. Rubin, V.C., Ford, W.K. and Thonnard, N. (1977) Extended Rotation Curves of High-Luminosity Spiral Galaxies. I—The Angle between the Rotation Axis of the Nucleus and the Outer Disk of NGC 3672. Astrophysical Journal, 217, L1. https://doi.org/10.1086/182526

  6. 6. Rubin, V.C., Ford, W.K. and Thonnard, N. (1978) Extended Rotation Curves of High-Luminosity Spiral Galaxies. IV—Systematic Dynamical Properties, SA through SC. Astrophysical Journal, 225, L107. https://doi.org/10.1086/182804

  7. 7. Rubin, V.C. (1979) Rotation Curves of High-Luminosity Spiral Galaxies and the Rotation Curve of Our Galaxy. IAUS, 84, 211.

  8. 8. Moffat, A.F.J. (1993) Precision Photometry of Young Stellar Groups towards the Outer Galactic Disk and the Galactic Rotation Curve. Astronomical Journal, 105, 1831.

  9. 9. Blitz, L. (1979) The Rotation Curve of the Galaxy to R = 16 Kiloparsecs. Astrophysical Journal, 231, L115. https://doi.org/10.1086/183016

  10. 10. Jackson, P.D., FitzGerald, M.P. and Moffat, A.F.J. (1979) Recent Evidence on the Rotation Curve of Our Galaxy for R > Ro. IAUS, 84, 221. https://doi.org/10.1007/978-94-009-9503-1_39

  11. 11. Merrifield, M.R. (1992) The Rotation Curve of the Milky Way to 2.5 R0 from the Thickness of the H I Layer. Astronomical Journal, 103, 1552.

  12. 12. Honma, M. and Sofue, Y. (1997) Rotation Curve of the Galaxy. Publications of the Astronomical Society of Japan, 49, 453. https://doi.org/10.1093/pasj/49.4.453

  13. 13. Schneider, S.E. and Terzian, Y. (1983) Planetary Nebulae and the Galactic Rotation Curve. Astrophysical Journal, 274, L61. https://doi.org/10.1086/184151

  14. 14. Schneider, S.E., Terzian, Y., Purgathofer, A., et al. (1983) Radial Velocities of Planetary Nebulae. Astrophysical Journal Supplement Series, 52, 399. https://doi.org/10.1086/190874

  15. 15. Maciel, W.J. and Dutra, C.M. (1992) Kinematics of Disk Planetary Nebulae. Astronomy and Astrophysics, 262, 271.

  16. 16. Koupelis, T. and Kuhn, K.F. (2007) In: Quest of the Universe, Jones & Bartlett Publishers, 492; Figure 16-13.

  17. 17. 常炳功. 能量与中医气的关系类似电与磁的关系[J]. 现代物理, 2018, 8(2): 27-34.

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