图12 双涡旋星系(NGC4567与NGC4568)的相互作用[6]
第四,我们也看到了双涡旋星系的相互作用,如图12。同样是非常重要的一点,对于台风涡旋,我们在北半球看到的是逆时针旋转的涡旋,而在南半球观测到的,则是顺时针涡旋。其实,很显然,地球的自转是没有变的,只是我们观测的相对位置发生了相反的变化。由此我们可以推断:在宇宙体中,由于人在地球上去观测宇宙中的星系,那么一定会有相对位置的不同,因而一定会观测到呈顺时针方向的运动涡旋星系和逆时针方向运动的涡旋星系,这在上面的图12中,已有肯定的展示。
4.2实验上的证明
在1.3节中,我们已清楚地由实验证实,如果没有足够大的地转偏向力的作用,气体只作向中心的直线运动,而模型台风的螺旋云带就根本不能形成。同理,我们推定:在星系中,如果只有星系中心巨大的质量,因万有引力的作用,只会将周围星体吸引向中心,作直线运动,而不会有涡旋星系的产生。
综上所述,我们看到了模拟台风涡旋与星系涡旋,有那么多的相似性,所以我们相信它们形成的机制也有相似性,因此我们有理由猜想宇宙体应该是旋转的,由此产生了一种偏向力,我们姑且称之为宇转偏向力。在它的作用下,星系外围的星体受到切向力的推动,产生了旋臂的弯曲,结合引力的作用,最终形成了涡旋星系。
附录:关于宇宙体旋转的几点猜想
五、结论与讨论
我们认为,宇宙是一个有互相紧密关系的整体,这里称之为宇宙体。通过对多年模拟台风的结果与对星系的比较研究,我们猜想:宇宙体不仅是膨胀的,而且是旋转的,由于它的旋转,产生了宇转偏向力。再结合星系中心的强大引力作用,就形成了涡旋星系。由此我们推测:如果在我们一侧,观测到了顺时针的涡旋星系,那在相对的另一侧就会观测到逆时针旋转的涡旋星系,这应当是具有较大概率的事件。但是由于宇宙体太庞大,其旋转的角速度ω可能是不一致的。而且由于宇宙的奥秘太多了,不知道的机制也太多了,在我们的同一侧,不能排除看到相反方向旋转的星系的可能。
这里我们还想作如下讨论。
由于我们猜想宇宙体是旋转的,且其旋转的角速度ω在各部位可能是不同的,在它的边缘部分(暂且称我们能观测到的最远地方为边缘),这种差异应当最为明显。现在作一个定量的估计(仅仅是估计,带有一些随意性):如果在距地球约200亿光年处的两个类星体,它们每1亿年中,由其运动导致的角差为1度。则我们可以估算出:它们的分离速度可达到1200000千米/秒,这个定量估计表明:距我们100亿~200亿光年的极遥远的类星体,其速度可达到600000~1200000千米/秒的量级,这个速度超过了光速值(300000千米/秒)。事实上,天文学家确实观测到了若干个类星体,其分离速度超过光速[7]。但是至今为止,人们一直认为光速是不能被超越的,这使天文学家和科学家感到困惑。今天我们关于宇宙体旋转的猜想,或许能为这种困惑提供一些思路。
最后,我们还应指出,模拟台风涡旋是在实验室内完成的,基本涡旋形态特别是螺旋云带均在数分钟内即可形成。而星系涡旋的形成则以数亿年、数十亿年乃至数百亿年的量级计算,且我们未能确切了解。所以两者在时间尺度上存在十分巨大的差异,这也给我们在两者时间尺度上的比较分析带来了不可逾越的困难。
致谢:首先提出要进行这一工作的,是我的老师叶笃正院士。后经过多次相互讨论,形成了一些重要想法或概念,并最后成文。但由于老师秉持一贯支持帮助学生的宗旨,不愿署名,作者在此对老师致以深深的谢意。
参考文献
[1]张捷迁,魏鼎文,何阜华.台风结构和中国东南沿海地形对台风影响的初步实验研究[J].中国科学,1975:302-314
[2]魏鼎文,叶笃正.热带风暴的结构及其螺旋云带的形成——模拟实验研究[J].气象学报,总37期,1979:16-27
[3]魏鼎文,张捷迁.双台风相互作用的流体动力学模拟实验研究[J].中国科学,B辑,1982年第一期
[4]魏鼎文,W.M.Gray.热带气旋形成的多尺度组合理论——流体动力学实验模拟与合成分析的结合[J].大气科学,1988:VOL.12,No.2
[5]Wei Dingwen.PROGRESS ON THE LABORATORY HYDRODYNAMIC MODELLING OF TROPICAL CYCLONE IN CHINA[C].Proceedings of the International Conference on Fluid Mechanics.Beijing.China.1987
[6](日)株工会社学习研究社.宇宙[M].王先进,边冬梅译.郑州:河南科学技术出版社,2004.5(2009.5重印)
[7]传奇天下·未解之迷编委会.宇宙之迷[M].北京:京华出版社,2009
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[1] 《光对空间带电粒子产生斥力的一种假说与太阳风的起源》,魏鼎文著,科学通报,1977,No.7
[2] 《斥力论——关于一个基本自然律的学说》,魏鼎文著,中国水利水电出版社,2004
[3]带电粒子是指带有电荷的微粒,又称等离子体。等离子体中的微粒都是带有电荷的。它是物质在宇宙中最普通的型态,并被认为是物质的第四态,因为它的性质不同于固体、液体和气体。本文所讲的带电粒子都是指在气体或空间里的粒子,而不是在液体或固体里。
[4] 大气物理研究所是20世纪60年代从中国科学院地球物理研究所分离出来的。
[5] 日冕位于太阳的最外层,属于太阳的外层大气。
[6] 太阳表层各种扰动现象的总称。包括太阳黑子、日珥、光斑、日冕、谱斑的出没和耀斑的爆发等现象。
[7] 电离层是地球大气层被太阳射线电离的部分,它是地球磁层的内界。由于它影响到无线电波的传播,因此它有非常重要的实际意义。
[8]由太阳耀斑引起的地球高层大气的扰动,同时引起地球磁场的强度和方向发生急剧不规则变化,称为磁暴。
[9] 功的单位,国际符号为erg,1尔格=10-7焦耳。
[10] 19世纪60年代,英国物理学家麦克斯韦提出电磁场的理论,预见了电磁波的存在,并提出电磁波传播的速度等于光速,并且提出“光波是一种电磁波”。1888年赫兹用实验验证了电磁波的存在,并测得它传播的速度等于光速,证实了光的电磁波说是正确的。
[11] 运动电荷会受到磁场的作用力,这个力通常叫做洛伦兹力,它为荷兰物理学家H.A.洛伦兹首先提出,故得名。
[12] 数学推导过程请参看《斥力论——关于一个基本自然规律的学说》,魏鼎文著,中国水利水电出版社,2004
[13]绝对静电系单位制简称“静电单位制”,是电磁学中一种以静电力为基础的绝对单位制。它选取长度、质量和时间为基本量。基本单位是厘米、克和秒。
[14] 由观测者正上方,整个大气柱内大气分子所散射向下的光。