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1 # 千辰澯海天文宇客
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2 # 語境思維
其一:推導脈衝星或中子星的質量方程;其二:舉例說明質量方程的具體應用。
脈衝星質量方程的推導過程顯然,這個問題有難度,但一定存在一個簡明扼要的解決方案。
因為,脈衝星的質量(m)與脈衝星激發的引力波初始頻率(f₀)成正比,不同脈衝星有不同質量。
從初始頻率到接收頻率(f)會經歷降頻距離(R")。初始頻率f₀與降頻距離R",我們不得而知。
筆者只相信伽利略相對論,不認為廣相的引力場方程,對此問題有什麼指導意義。
下面,我們來探討如何透過脈衝星質量、初始頻率、接受頻率與降頻距離的物理方程。
根據電子湮滅方程,電子自旋勢能轉化為引力子勢能:m₀c²=hf₀...(1)。
式中,m₀c²為電子固有慣性勢能,hf₀為引力子固有勢能,f₀是電子引力波最大初始頻率。
物體與空間處於制衡狀態,物體質量=空間質量:M=M"=V"ρ"=4.2R"³ρ"...(2)。
由接收頻率f,計算引力子波長與半徑:
波長:λ=c/f,半徑:r=λ/2π...(6)
引力子體積:V=4.2(λ/2π)³...(7)
引力子密度:ρ"=m₀/4.2(λ/2π)³...(8)
整個引力場密度可近似為引力子密度ρ"。
將(8)式的ρ",代入(2)式有:
M=R"³m₀/(λ/2π)³...(9)
M=(8π³m₀)R"³/λ³...(10)
簡化(10),
令:G"=8π³m₀=2.3×10⁻²⁸...(11)
有:M=G"(R"/λ)³...(12)
G"叫“質量常數”,式(12)叫“質量方程”。其物理意義是:
恆星至脈衝星的質量M,與其引力場半徑R"³成正比,與場量子波長λ³成反比。
引力場半徑R",可透過造父變星測量出來。
將R"與λ代入方程(12),可求M87黑洞的質量:
M=G"(R"/λ)³=2.3×10⁻²⁸×(5.2×10²³/3)³
得:M=1.2×10⁴¹kg=120億個太陽質量。
必須指出:普朗克衛星在距離地球150萬千米處測得的宇宙微波背景輻射的波長為7.35釐米,頻率約4×10⁹Hz,似乎這是下限頻率。
這樣的奇葩資料,實在令人匪夷所思,筆者雖不敢懷疑學術造假,還請高人指點迷津。
附註:
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引力波是愛因斯坦在1915年廣義相對論提出的預言,它是對牛頓經典引力理論的修繕,認為引力是質量天體引起時空扭曲的漣漪。當然天體的質量越大,時空扭曲程度越大,引力波越大。愛因斯坦計算出了一個引力場方程:Gμv=Rμv-½gμvR=8πG/c⁴×Tμv。
這個引力場方程尚不能計算出天體質量,科學家後來根據場方程才研製出引力波探測器,根據探測到的引力波的能量和頻率變化來計算遠處宇宙天體的質量。探測到的引力波越大,天體質量就越大;輻射能量越高,天體距離就越近。人類目前的技術可以較好測算出幾百光年內的引力波。近年科技水平日漸提高,探測資訊也日益精確,目前最靈敏的是美國LOGO鐳射干涉引力波探測器。
不同的引力波物理頻率對應不同的質量天體,探測器顯示的高頻引力波主要對應緻密雙星天體。
脈衝星或中子星是最易探測到的天體,它規律毫秒脈衝的計時性精確度非常高,進而計算出它的引力波跟質量。
這是天文學上高度專業的問題,很難將它解釋清楚,主要是根據探測器的引力波高頻率振幅來計算出天體合併的質量、距離和與其它資訊。