宇观场作用论

内容提要：暗物质论和MOND理论都存在着一些欠缺，并且都把引力场当作了宇宙常而这里认为，引力场只是宏观场，宇观世界的质量缺失现象，是存在着宇观场作用的反映。提出了宇观场作用的表达方式，它能与观察数据相符，不仅可包容MOND理论，还能说明MOND理论力所不及的现象，如引力透镜等。

关键词：暗物质、MOND理论、质量缺失现象、宇观尝宇观质量

在星系、星系团空间的宇观世界里，存在着反常的“质量缺失”现象，即宇观天体的动力学质量远大于光度学质量。对此，多数学者认为，宇观的物质运动也符合牛顿力学定律，质量缺失现象是由于存在着人们还未发现的“暗物质”。暗物质已成为现代宇宙学的一大要素，它的存在，目前主要是根据“引力透镜”现象等，来间接地进行确定。至于它究竟为何物，至今还是个谜。而MOND理论^[1]指出，质量缺失现象，是牛顿力学不适用于宇观世界所造成的，在宇观世界，应该对牛顿力学作一些修正。它引入了一个常数，当引力加速度大于时，牛顿力学定律照常成立，即引力与加速度成正比；当引力加速度小于时，引力与加速度的平方成正比了。这一修正理论能很好地复现观察数据，如旋涡星系中的轨道速度，随着到星系中心距离的增大而逐渐趋向于一个恒定的值；这个恒定的速度值与星系质量的4次方根成正比等等，在这方面它是优于暗物质论的。不过，这一修正理论缺乏基础性的理论依据，只是一种为了解释已知的观察数据而建立起来的“现象性理论”。而且，它对富星系团内部的“质量缺失”不能进行正确的描述，对引力透镜现象也难以解释。可见，暗物质论和MOND理论都存在着一些欠缺，而且，它们有一个共同点，那就是，都把引力场当作了宇宙常我们则认为：引力场只是宏观场，“质量缺失”现象是存在着宇观场作用的表现。

1、引力场不是宇宙场

实际上，已知的场有好几种，它们都有着明显的区间性：在强子之间和强子内部，色场的强相互作用起着主要作用；在原子世界，电磁场占着主导地位；引力场的作用在微观世界是微不足道的，到了太阳系世界，它才成了支配天体运动的主宰。既然，引力场不能在宇宙小的方面发挥作用，怎能认为它在宇宙大的方面能独霸宇宙呢？微观、宏观、宇观是人为规定的，人类的生存空间并不是宇宙大的方面和小的方面的绝对分界线。设想在电子上有一种特殊的有智慧的生物，它们可以将原子世界称作“宏观”，而将我们的宏观当作是它们的“宇观”。如果，我们宏观的引力场就是宇宙场，那么，它们的“宏观潮（电场），也应等同于它们的“宇观潮（引力场），但这显然是不成立的。可见，引力场不会是宇宙场，而只是一种宏观场，这也就是说，引力场的作用是有限的，不是无限的，在比宏观更大的宇观空间里，还会存在着不同于引力场的宇观常宇观世界的质量缺失现象，就是存在着宇观场作用的反映，而不是存在着什么大量的“暗物质”。

那么，如何来描述宇观场的作用呢？

2、宇观场的二个假设

计算星球、星系等天体运动，一般都运用牛顿力学，而且，牛顿力学体系的表达方式简单、明了，我们就参照这一表达方式来进行尝试。

电、磁、引力等有着相同形式的力的表达式：。是恒量，对电力来说，、代表二个电荷值；对引力来说，、代表二个质量，即引力荷值，等等。对宇观力也应该有同样的形式。

假设1：二个宇观力荷（、）能相互吸引，这宇观力的大小，（为宇观力恒量，是它们中心之间的距离。）

那么，如何来确定宇观力荷的值呢？大家知道，电荷、质量都是实物的属性，探讨宇观力荷也应该从天体的物质性入手。另一方面，宇观力的特点是在一定范围内，空间越大，它的作用越明显，这显示宇观力荷有一定的空间广延性。质量是没有空间广延性的，但质量物的周围存在着引力势，引力场强度就是引力势的梯度。电场强度E，磁感应强度B等也类似地对应着电势和磁矢势A。本来，人们认为，只有场强E、A才是物理实在，但A-B效应显示^[2]，势、A也是物理实在。而且，在量子理论中，场强是欠定的，而势是超定的，因此势是比场更基本的实在。同样，引力势是比引力场更基本的物理实在，宇观力荷应该与它有关。根据有关的观察资料，本文提出如下假设。

假设2：在有效半径内，天体的宇观力荷与天体的引力势的体积分的正平方根成正比：，（是常数，是天体的质量，是离开质心的距离，﹤，是以为半径的球体积，是宇观效应常数，为负数，当相当大时，可略去不计。）；=，（是常数，对任一天体来说，距离质心处的引力场强度恒为，是引力恒量。）

宇观场是有源场，当宇观力荷的分布成球对称时，它的强度可以如电场那样来求：以天体的质心为球心，为半径作球面，将这球面内的宇观力荷（有效宇观力荷）看成全集中在球心，以此来计算离质心处的宇观场的强度，而不必考虑球面外的宇观力荷的影响。

以上二个假设是否成立，要看由它们推算出来的结果能否与观察数据相符。下面就此作下分析。

3、宇观场分析

由假设2，在宇观世界，可略去不计，天体的有效宇观力荷是：

（1）

结合假设1，质量为、的二个天体之间的宇观力可分三种情况：

a、二者的距离都在它们的有效半径之内时：

，（与无关） （2）

b、二者的距离在的有效半径之内，在的有效半径之外时：

，（与成反比） （3）

c、二者的距离都在它们的有效半径之外时：

，（与平方成反比） （4）

在星系的外围，物质作绕星系的圆周运动。在这种情况下，可设外围物质处于星系的宇观力荷分布的有效半径之内，而星系的质心处于外围物质的宇观力荷分布的有效半径之外，应该用（3）式计算。外围物质的向心加速度应该是引力加速度与宇观力加速度之和：

（5）

（，是外围物质轨道运动速度，是星系的有效质量。）

于是，。因此，在星系的外围（已足够大），物质的轨道速度将趋向于定值，这与观察资料相一致。

当引力相互作用被略去不计时，星系外围的物质轨道速度为，向心加速度的平方，这里显示了既与MOND理论一致，又同观察数据相符的关系：引力与加速度的平方成正比；速度的4次方与天体质量成正比。因此，在我们看来，MOND理论是在这样情况下的一种近似：外围物质处于星系的宇观力荷分布的有效半径之内，而星系的质心处于外围物质的宇观力荷分布的有效半径之外，而且，宇观场的作用远大于引力场的作用，引力场的作用可以略去不计。然而，在富星系团内部，引力相互作用较强，不应该被略去不计，而应该按（5）计算，这是MOND理论不能完全适用于富星系团的基本原因。

原来，人们以为天体的加速度都是引力加速度；现在，天体的加速度应该是引力加速度与宇观力加速度之和。这说明，以往通过引力定律计算出来的天体的质量，其实不是纯粹的引力质量，其中还包含着由宇观力造成的“宇观质量”。设天体的质量为M，它包括纯粹的引力质量和宇观质量即M=+。天体的引力加速度，以往用计算，现在应该用（5）计算，由这二式可得： （6）

宇观质量就是所谓的“暗物质”的来源。它不是恒定的，由（6）可知，它与成正比，即天体离开星系质心的距离越远，根据它的运动状态，运用牛顿定律计算出来的星系的“暗物质”越多。它是由内向外逐步增加的。另外，过去，当人们分别用一个星系内部的天体和一个星系外围的天体来计算该星系的质量时，得出了不同的值，这时，一般不怀疑前者的结果，而认为后者是受到了暗物质的作用，这样就把星系内部的等同于，而将外围的当作是“暗物质”。这些是产生“暗物质”分布在星系外围的“假像”的缘故。

另外，光子是具有质量的粒子，当然拥有引力势，带有宇观荷，也参与宇观场的作用，所以，光线在宇观场里也要弯曲。星系的宇观力远大于引力，一般所谓的“引力透镜”现象，其实主要是“宇观力透镜”现象。

4、讨论

以上表明，宇观世界的质量缺失现象，可看成是存在宇观场作用的表现。宇观力有着与引力、电力等相似的形式；宇观荷同引力势密切相关，其分布有一定的有效半径。

二个天体之间的宇观力分为（2）、（3）、（4）三种情况，即随着这二个天体之间的距离的变化，它们之间的宇观力会发生跳跃式的变化，这对星系核、星团等的形成等等将产生特殊的作用。对此，有可能通过理论分析和天文观察来加以检验。

据媒体报导，美国的“先驱者”10号、11号等宇宙飞船，在飞离太阳系时，都受到了指向太阳的异常的力，这力是如何造成的，至今没有定论。它们很有可能是宇观力。当太阳和宇宙飞船之间的距离都在它们二者的有效半径之内时，根据（2）式，宇观力的大小与距离无关；当它们之间的距离在太阳的有效半径之内，宇宙飞船的有效半径之外时，根据（3）式，宇观力与距离成反比。如果宇宙飞船受到的异常力，与距离成反比，或者开始阶段与离开太阳的距离无关，后来与这距离成反比，这异常力就可确定是宇观力了。

上述的宇观场作用论是一个新的暗物质替代理论的初步方案，它有待进一步的修正和补充，如需要新的观察数据和理论分析来确定以及天体的纯粹的引力质量等等。同MOND理论一样，上述假设是根据有关的观察数据作出的，因此它能得出一些与观察数据相符的结论，这只能说明它有一定的合理性，而不足以证明它的正确性，对此还需要有进一步的证据。

参考文献

[1]、Mordehai Milgrom, Does Dark Matter Really Exist? Scientific American, August, 2002, P30.

[2]、王长荣，A-B效应及其物理诠释，现代物理知识，总103期，P12。