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: , 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: ,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 ,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, ,而从能气场看, (其中 ,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( )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( )与轨道半径R的平方根成正比。
两种力产生两个速度( 和 ),我们设星体的最后运行速度是 ,假如 ,那么, ,假如 ,那么, ,其中, 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 ,所以,公式中的 都是相等的。
合并计算,我们得到星体的最后运行速度公式: ,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 ,所以 。 [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 ,同时我们计算牛顿引力的速度 。
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. 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. 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. 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. 常炳功. 用能气场力解释星系自转曲线[J]. 现代物理, 2018(8).
- 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. 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. Rubin, V.C. (1979) Rotation Curves of High-Luminosity Spiral Galaxies and the Rotation Curve of Our Galaxy. IAUS, 84, 211.
- 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. Blitz, L. (1979) The Rotation Curve of the Galaxy to R = 16 Kiloparsecs. Astrophysical Journal, 231, L115. https://doi.org/10.1086/183016
- 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. 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. 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. 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. 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. Maciel, W.J. and Dutra, C.M. (1992) Kinematics of Disk Planetary Nebulae. Astronomy and Astrophysics, 262, 271.
- 16. Koupelis, T. and Kuhn, K.F. (2007) In: Quest of the Universe, Jones & Bartlett Publishers, 492; Figure 16-13.
- 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.