2019-08-08 23:06:01
开普勒关于对称性的被遗忘的想法有助于解释螺旋星系而不需要暗物质

开普勒关于对称性的被遗忘的想法有助于解释螺旋星系而不需要暗物质.jpg

17世纪的天文学家约翰内斯·开普勒(Johannes Kepler)是第一个关于雪花结构的人。为什么它们如此对称?一方如何知道对方有多长?开普勒认为这完全取决于我们现在称之为“形态发生的领域” - 事情想要拥有他们拥有的形式。科学已经打消了这个想法。但是,为什么雪花和类似结构如此对称的问题仍未完全理解。

现代科学展示了问题的根本性:看看那里的所有螺旋星系。它们可能有50万光年,但它们仍保持对称性。怎么样?在我们在科学报告中发表的新研究中,我们提供了一个解释。

我们已经证明,信息和“熵” - 系统无序的测量 - 以一种与电场和磁场完全类似的方式(“电磁”)连接在一起(“信息熵”)。电流产生磁场,而改变磁场产生电流。信息和熵以相同的方式相互影响。

熵是物理学中的一个基本概念。例如,因为熵永远不会减少(无序总是增加)你可以把鸡蛋变成炒鸡蛋而不是相反。如果您移动信息,您还必须增加熵 - 电话呼叫具有熵成本。

我们展示了熵和信息可以被视为一个字段,并且它们与几何有关。想想DNA双螺旋缠绕在一起的两股。光波具有相同的结构,其中两股是电场和磁场。我们在数学上表明,信息和熵之间的关系可以使用相同的几何体来可视化。

我们想看看我们的理论是否可以预测现实世界中的事物,并决定尝试计算将一种形式的DNA转换成另一种形式所需的能量。 DNA毕竟是螺旋形和信息形式。

这实际上是在16年前的非常精确的测量中完成的。研究人员将DNA分子直接拉出(DNA喜欢蜷缩起来),然后用光学镊子夹住两端,将它扭曲4800转。 DNA从一种形式翻转到另一种形式,如上图所示。然后研究人员可以计算出两种形式之间的能量差异。

但我们的理论也可以计算出这种能量差异。我们知道这个DNA分子的两个版本中的每一个的熵,并且能量仅仅是熵和温度的乘积。我们的结果是现场 - 理论似乎支持。

从微小到巨大

螺旋星系是双螺旋星系,就像DNA是双螺旋一样 - 数学上讲它们具有相似的几何形状。

我们的理论直接说明了为什么螺旋星系的两个臂是对称的 - 因为信息熵场产生了力(就像其他场一样)。银河系中的恒星简单地通过熵力进行编排,以排成一对这样的螺旋线以最大化熵。

但我们也希望得到一些实数。因此,我们决定尝试从我们的理论中计算出银河系的质量。我们知道银河系看起来有多重,因为恒星在银河系边缘移动的速度有多快 - 它大约是1.3万亿太阳质量。

奇怪的是,这实际上远远超过了银河系中所有可见恒星的质量。为了能够解释这种差异,并解释为什么恒星的移动速度比预期的快得多,天文学家想出了“暗物质”的概念 - 在银河系中潜伏着大量的物质,增加了它对恒星的引力。

我们需要知道星系的熵来计算。幸运的是,数学物理学家罗杰彭罗斯表明,这种熵主要是由其中心超大质量黑洞的熵决定的。

我们知道这个黑洞的质量(4.3米太阳质量)。令人惊讶的是,当你知道一个黑洞的质量时,有一个由已故物理学家斯蒂芬霍金发现的方程式来计算它的熵。霍金还发现了如何计算其表面或“事件视界”的“温度”。

如果你可以为黑洞事件视界指定一个“温度” - 其中没有任何东西可以产生温度 - 为什么不为星系指定温度?我们在论文中论证这是合理的(使用所谓的“全息原理”)。所以我们用信息熵方程来计算星系的全息温度。

然后它变得容易。我们知道银河系的能量是由熵和温度的乘积给出的。当我们知道能量时,我们可以通过爱因斯坦着名的等式找出质量:E = mc2。

这次结果并不完全是现场,但鉴于我们高度简化的星系模型,它的结果相当接近。星系的信息 - 熵几何不仅解释了熵力如何产生美丽的对称形状并保持它,而且还解释了其中显而易见的所有质量。

这意味着我们实际上并不需要暗物质。根据我们的模型,银河熵产生了如此大量的额外能量,它改变了观测到的星系上的恒星运动速度比预期更快的动态。这正是暗物质要解释的内容。能量不能直接观察为质量,但它的存在肯定得到了天文观测的支持 - 解释了为什么暗物质搜索到目前为止一无所获。

虽然有很多研究支持暗物质的想法。我们的理论提出了观察的另一种解释,并不需要新的物理学。当然,需要更详细的工作来验证观测的真实复杂性也可以成功建模。

我们认为开普勒寻求的“形态发生场”确实存在,实际上是信息和熵交织的结果。经过四个世纪,似乎开普勒终于得到了证实。

人类科学
2019-07-13 17:18:01
课件视频MP3下载
2018-09-07 13:27:01
教案下载
2018-09-08 04:12:02
课件视频MP3下载
2018-02-20 04:36:39
试题下载
2017-04-29 01:24:03
试题下载
2018-01-31 11:08:23
试题下载
2018-09-23 19:30:02
教案下载
2018-01-31 20:41:33