——用中國智慧解讀大自然的奧秘

（本書已由華齡出版社於2020年10月出版發行，書名《探索自然之謎全三冊》上冊《天地自然》）

（接上篇）

2.星系旋臂的形成

旋渦星系內年輕亮星、亮星雲和其他天體分佈成旋渦狀，從裡向外旋卷。這種螺線形帶稱為旋臂，是旋渦星系外形的主要特徵。大多數旋渦星系有兩條旋臂，少數星系有三條以上的旋臂。這些旋臂是怎樣形成的呢？同樣是電磁運動的規律所決定的。

我們知道，電場與磁場是同一事物的不同表現形式，運動的電場產生磁場，運動的磁場又產生電場，電場與磁場形成統一的電磁場。

我們還知道，沿電場方向運動的帶電粒子，在電場中不是受電場力吸引，便是受電場力推斥，總是順著電場力的作用方向運動的。但是，當帶電粒子在磁場中沿磁力線方向運動時，卻不會受任何力的作用。然而，當帶電粒子垂直於磁力線運動時就會受到一個改變它原來運動方向的力，叫作洛倫茲力。例如，磁力線垂直穿過書面，當帶電粒子在書面的平面上運動時，所受到的洛倫茲力也在書面的平面上，並且總是垂直於帶電粒子的運動方向。

在垂直於磁場的洛倫茲力作用下，帶電粒子運動的方向在書面上不停的改變，最後沿著一個圓弧形軌道運動。但這個力並不改變帶電粒子原有的速度或能量。一定速度的帶電粒子，在均勻磁場中走過的軌跡，是半徑為一定的圓周（下圖）。[2]就是說，是垂直於帶電粒子運動軌道平面的（磁場）磁力線產生的洛倫茲力使帶電粒子做圓周運動。

而且，實驗表明，（帶電粒子）這個圓周軌道的半徑（r）可以用下面公式表示：

r= (1)（無法顯示）

這裡，m是帶電粒子的質量；υ是帶電粒子的速度；e是帶電粒子所帶的電量；H是磁場強度；c是光速。

從式（1）看到：帶電粒子在磁場中走過的圓軌道半徑跟它的質量和速度成正比；跟磁場強度和所帶電荷成反比。就是說：在一定的磁場中，帶同樣電荷的粒子，質量大、速度高則轉的圓圈就大；質量、電荷和速度一定的粒子，磁場強則轉的圈就小，磁場弱轉的圈就大。[2]

因此，當帶電粒子處在一個逐漸增強的磁場中做圓周運動時，就會產生向心運動——磁場愈強，帶電粒子轉的圈愈小，即向中心緊縮，從而形成一箇中心存在較強電場，周圍出現逐漸張開的旋臂的渦旋電場。這可能就是渦旋星系產生的原因。

按照這個原理，如果太陽磁場逐漸增強，太陽系就會逐漸緊縮；相反，如果太陽磁場逐漸減弱，太陽系就會逐漸膨脹。同理，地球磁場如果逐漸減弱，月球也就會遠離地球而去。觀測資料表明，地球磁場正在逐年減弱，而月球確實在遠離地球而去。

另外，靜電力在宇宙天體的起源、演化形成過程中可能也發揮了不可忽視的作用。科學家們發現，靜電力存在許多表現形式：

1.庫侖力——電荷與外電場間的作用力。若電荷q所在處的外電場為E時，作用於q上的力為：

F=qE

這種因電荷q與外電場E的相互作用所產生的靜電力，稱為庫侖力。

2.電像力——電荷與自身電場間的作用力：帶電體的電荷與其自身形成的電場之間，也會產生相互作用。這種電荷與因自身電荷感應產生的像電荷間的作用力，稱為電像力。……從本質上說，由於電像力的存在，帶電物體的行為將呈現不穩定性。

3.極化力（Ⅰ）——取向力：不管是導體還是絕緣體，當其處於外電場中時，將會產生極化，形成極化力。其結果，即使對於不帶電的物體，也會有種種的極化力作用。其中的一種是由於在外電場中物體產生的極化電荷與電場間的相互作用而產生的使物體沿外場方向取向的靜電力，稱為取向力。無論電場在各處是否均勻，這種作用都會存在。在均勻電場下，取向力表現為迴轉力。

4.極化力（Ⅱ）——梯度力：當空間各處電場不均勻時，極化電荷與該非均勻電場間的相互作用而產生第二種極化力。結果，物體受到的作用將使其移向電場強的區域。由於這種極化力源於電場本身的梯度，故稱其為梯度力。

5.極化力（Ⅲ）——珠串形成力：是因極化的物體彼此間相互作用的結果，有使它們形成珠串的作用力，稱之為珠串形成力。在電介質的場合，因極化電荷彼此間的引力而保持珠串狀態。

6.極化力（Ⅳ）——約翰遜—拉貝克力：當電流流過粉體時，由於粉體粒子間有接觸電阻，故在接觸面兩側積存了電荷，形成一種電容器，產生強大的吸引力。由此產生的這種極化力為約翰遜—拉貝克力。

7.作用於空間電荷的庫侖力：當外電場中存在空間電荷時，設某點的場強為E[V/m]，空間電荷密度為р[C/m3]，則在該處有力密度為

f=рE[N/m3]

的庫侖力作用。

靜電力還有其他種種的存在形式。[3]

眾所周知，太陽體積是地球體積的130多萬倍，太陽質量是地球質量的30多萬倍，太陽本身的質量佔太陽系總質量的99.87%。可見，充滿了荷電的等離子體的太陽有足夠強大的電場對行星及其衛星產生影響。

由於電磁作用的距離平方反比定律，愈是靠近太陽的行星，受到太陽迴旋共振的加速力愈大，行星的公轉速度愈高，公轉週期愈短。反之亦然。天文觀測表明，各大行星的運動狀況正是如此（見表1）。

表 1 ：太陽系行星的軌道運動引數[4]

行 星 軌道半長徑（天文單位） 周 期 平均速度（千米/秒）

水 星 0.3871 87.969天 47.89

金 星 0.7233 224.701天 35.03

地 球 1.0000 365.256天 29.79

火 星 1.5237 686.980天 24.13

木 星 5.2028 11.862年 13.06

土 星 9.5388 29.458年 9.64

天王星 19.182 84.014年 6.81

海王星 30.058 164.793年 5.43

冥王星 39.44 247.686年 4.74

由表中可以看出，水星離太陽最近，運動速度最快——47.89千米/秒，其他行星運動速度則遞減，正符合這一規律。

對太陽系外行星的觀測研究也發現，行星愈靠近恆星，其運動速度愈快，公轉週期愈短。如最先發現的太陽系外行星飛馬座51b，距恆星僅約700—800萬千米，是水星與太陽距離的八分之一，行星公轉週期短到4.229±0.001天。

巨蟹座ρ′的兩顆行星，靠主星很近（日地平均距離的1/10）的一顆其質量約為木星的8/10，……軌道週期為14.76天。……

一顆質量至少是木星3.87倍的行星圍繞著牧夫座τ執行，軌道週期為3.3天。它與主星的距離不到日地平均距離的1/2（只有690萬千米）。

一顆質量至少是木星6/10的行星圍繞著仙女座υ星執行，每4.61天繞主星執行一週，距主星也只有1/2的日地平均距離。[5]

這可能都與離主星愈近，受恆星迴旋共振加速作用愈大有關。

3.宇宙、星系、太陽系的起源

如前所述，關於宇宙、星系、太陽系的起源，目前大多數天文學家傾向於“原始星雲假說”。這個“原始星雲”有可能是前一個宇宙週期終了時發生的“宇宙大爆炸”的遺蹟。按照物理學家們的闡述，這個作為“宇宙大爆炸”遺蹟的原始星雲溫度極高，星雲物質基本上都處於等離子態。其中一些星雲演化出了整體的穩態磁場，洛倫茲力誘發星雲迴旋共振形成旋渦星系、棒旋星系。沒有演化出整體穩態磁場的星雲則形成橢圓星系、不規則星系。在同樣機制下，星雲中的各個區域逐漸演化成恆星系、行星系。由於星雲中荷電物質分佈不勻，便在電場庫侖力、取向力、梯度力、珠串形成力等的作用下形成了形態各異、質量懸殊、千姿百態的宇宙天體。

在一個恆星系中，由於原始星雲中帶電粒子的迴旋共振和各種電場力的作用，除了中心形成一顆恆星外，星雲盤物質在太陽電場的取向力、梯度力和珠串形成力等的作用下，逐漸收縮，凝聚成行星及其衛星系統——這就是我們的太陽系。在行星形成過程中，珠串形成力可能起了關鍵作用，它使星雲盤中的物質凝聚成串珠狀的行星系統。行星間距離的（等比數例）規律、行星體積、質量分佈的兩頭小、中間大的規律，可能正是電場中的珠串形成力和梯度力的典型特徵。但這種珠串形成力可能並非在所有的星雲中都能顯著地顯現出來，它可能需要一定的條件，這種條件可能是：只有在星雲物質分佈較為理想（比如物質分佈體積足夠大、密度相對均勻等等），即其電場條件恰恰能使珠串形成力佔優勢時，才能形成行星，所以帶有行星的星系較為罕見。

行星之所以大小不一，差異懸殊，甚至出現地月“雙行星”系統，則可能是受電場極化力（Ⅱ）——梯度力作用的結果。——在電荷密度大、電場強度高的星雲盤區域形成了體積和質量巨大的行星，在電荷密度小、電場強度較弱的區域形成了個頭較小的行星，行星的衛星同樣也是珠串形成力和梯度力作用的結果。

所有的行星“碰撞”起源說幾乎都是缺乏依據的猜測，因為整個宇宙都是在按照嚴格的物理規律運動的，沒有相應的能量的推動，一個巨大星體是絕不會無緣無故地在宇宙中隨意“遊逛”的。它的任何一種執行狀態和軌道都必須有相應的能量推動和約束才能進行。不存在什麼“偶然”的機會使兩個星體相撞。

銀河系中的恆星之所以圍繞銀心作順時針旋轉，形成渦旋星系，同樣是銀心整體磁場中的洛倫茲力引發恆星迴旋共振和各種電場力共同作用的結果。觀測表明，銀河系中心是恆星較密集的區域，並且越靠近中心的部分就越密集。觀測還發現，銀河系中心的紅外輻射、射電輻射和X射線輻射都很強大，比普通恆星的輻射都強大得多。而且，在銀河系中心，天文學家們還發現了一個發出強烈同步輻射的強射電源——人馬座A。它是迄今人們所知道的銀河系內最大的射電源。

天文學家發現，人馬座A的大小與普通恆星相當，但它發出的射電輻射的功率卻比普通恆星強上萬倍。以致許多科學家都認為它是一個“黑洞”。在人馬座的周圍，還有大量的電離氫氣。那裡還有強紅外源，紅外源的大小比輻射源更小，而它的紅外輻射比射電輻射更強。

這一切充分表明，銀河系中心存在十分強大的電磁場，強烈的射電輻射、紅外輻射就是強電磁場存在的證據。由此可見，電磁力、共振力在宇宙、星系的起源、演化中扮演著主要角色，今天仍然如此。

（未完待續，接下篇）