夸克星-暗星(黑洞)可能是宇宙暗物质的主要形态by张海鹏

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1、No.2 Jan. of 2013 Heilongjiang Science and Technology Information（Journal in Chinese）第 2 期 2013 年 1 月 黑龙江科技信息 Page4145 1暗星（“黑洞” ）-夸克星可能是暗物质的主要形态兼及宇宙学对粒子物理的启示 *张海鹏河北涿鹿县医院应用物理学研究所，河北 张家口 桑干河 075600摘要 通过分析大量文献，基于万有引力定律、量子力学和相对论力学理论，根据银心“黑洞”等观测结果，提出暗星（“黑洞” ）-夸克星可能是宇宙中数倍于可见物质的暗物质的主要形态；基于琼斯假说的宇宙早期神秘的“消电离作

2、用”作用及暗物质晕假说存在的问题，提出e/3的夸克通过长距电磁作用与短程强相互作用构成的原始夸克星是宇宙早期的暗物质星体，其碰撞是产生恒星等可见物质之源，漩涡星系碰撞并合为一个椭圆星系可佐证之；已在暴941017的余晖中观测到的0.1TeV超高能光子，因其波长与0.1飞米级的夸克之径相符，亦佐证夸克星的暗物质星体假说。上述观点与宇宙微波背景、可见物质的元素丰度均无矛盾，但有待宇宙观测（宇宙极早期声子的探测以及2.7K是否存在于所假设的宇宙诞生之际原始夸克星形成可能释放的更高频率的辐射背景）证实或证伪。基于普朗克能标和上述宇宙学探讨的启示，提出e/3的夸克可能是不能再分的基本粒子。关键词：暗物质

3、；黑洞，暗星；夸克星；射线暴；普朗克能标1. 关于暗物质与暗星之关联的可能性1.1 关于“黑洞” 尽管“暗物质”问题可能最早源于1970年代后期宇宙微波背景的新发现，但，事实上，很早即已发现的宇宙膨胀现象衬托出的恒星等星体如何产生(物质如何在“种子”引力的局部缩聚基础上成星)的问题，本是宇宙学的一个基本问题；而当1998年发现膨胀的加速性之后，这个问题变得则更加尖锐。按照2003年前后的资料， “暗能量” 约占宇宙全部质-能约73%， “暗物质”约占23%，可见的重子等物质仅占4% 1，即“暗物质”乃宇宙物质（不包括特纳假设的“暗能量” ）的主体。在众多的暗物质模型中，冷暗粒子（弱相互作用中的

4、中间玻色子之类）比较突出，而加速器产生的弱力玻色子类均系寿命极短的粒子（而弱力玻色子尚不具备强相互作用的条件） ；而分散的暗物质（“暗物质晕” ）构成宇宙物质的主体，不仅尚未见较有说服力的理论依据或较有力的观测提示，而且似乎与星体“种子”不无矛盾:如其位于星际而非星核，不一定利于物质聚集成星；而观测方面，经对2009年钱德拉塞卡、牛顿两个牌号的X线太空望远镜的观测结果分析，已找到的在约4亿光年外的一大型星系处原“丢失” （注：此前应属所谓暗物质）的温热星系际（而不是星系中及恒星内）物质属于重子物质 2，亦或为重要提示。2011年5月意大利Gran Sasso国家实验室研究人员认为，他们探测到的

5、“暗物质粒子”很可能是普通粒子的假阳性，因此推测其他声称发现暗物质粒子的观测结果可能也是站不住脚的PRL(物理评论快报)。*国家自然科学基金项目（No. 1999051802） ；河北省科教基金项目（No.20020221）作者简介：张 海 鹏 （ 1970-） ， 大 专 学 历 ， 主 治 医 师 ， (2002年 度 河 北 省 张 家 口 市 科 技 进 步 二 等 奖获 得 者 ， 第 一 完 成 人 )已 在 中 文 核 心 期 刊 发 表 著 述 40余 篇 。 信箱：No.2 Jan. of 2013 Heilongjiang Science and Technology In

6、formation（Journal in Chinese）第 2 期 2013 年 1 月 黑龙江科技信息 Page4145 2近年已有学者提出黑洞作为暗物质的候选者 3,4，我个人认为此说从认识论上符合一元化解释（“一元化”是医科临床诊断的基本原则！兹，意为：尽可能将最多的现象以最少的物理学概念进行解释） ；而从证据上，已经有较多的观测结果黑洞存在的间接证据：据称已有约600个不同类型的黑洞（候选天体）被发现；且可能与极亮的类星体有关 5,银（河系中）心大黑洞经探测分析其史瓦西半径达千万公里 6,7。至于不少文献述及的“黑洞”总质量在宇宙中所占比例不足问题，我个人认为， “黑洞”之类的暗星，

7、从宏观上相对好地解释暗物质总质量23/4即4到5倍于可见物质：我们不妨假设一下，既然太阳质量占到太阳系总质量的99.86% 8（注：粗略推测亦可知占很高比例：此系原始视角） ，那么假如星系亦以银河系中心的超大质量黑洞为模式即使不足75%星系以类似的“系心”为构足可满足“暗物质”与可见物质的上述比例。2006年（发现宇宙加速膨胀8年后）剑桥大学天文所课题组进一步根据一些统计资料提出，暗物质很可能占宇宙所有物质总量（注：不涉及“暗能量”）的95%。如果结合太阳在太阳系所占的上述质量比例，吾认为此95%亦不无可能；而根据2001年2dF宇宙巡天组历时4年观测绘制的至少是当时最大（5 万个星系、1.6

8、 千个类星体）的遥远天体（特别是其中有超 120 亿光年之远者）三维分布图显示，在任何天区（距地球远或近的星体团），暗物质总是约 7 倍于重子物质 9；由此可见，大尺度上的具体观测已经显示二者之间比例大于 23/4 的倾向 自是显著地高于美国宇航局 2008 年时公布的 23/4.6(后者见文献10)综合上述，初步推测：可见的物质重子及光子即使加之以中微子类在 1998 年也很难超过 4% 值得思考的是，银心结构难道是完全偶然的？而且，哈勃空间镜已拍到一些100余亿光年之远的星系的中心并合中子星的图像此强烈提示超大质量“黑洞”位于星系中心 11。1.2 “奇点”悖论客观上支持（原始）夸克星为暗

9、星的形态奥本海默等（1939）从理论上严格地证明了“暗星”视界存在的可能性，1967年“暗星”被美国学者惠勒改名为”黑洞” ，由于暗星的组成成分一直不明（此严重地影响黑洞其物理学基础，也有学者可能正因此而质疑视界问题）而被归结为“黑洞”的“奇点” 。我十分认同施倪承先生等学者关于惠勒所谓的“黑洞”未必存在 12的见解。而仵凤鸣先生已尖锐地指出了“奇点定理”的悖谬，亦获著名相对论学者赵峥先生的认同 13；“黑洞”重要学者霍金后来提出（和哈特尔一起）的“无边界宇宙”亦不再坚持彭罗斯与其提出“奇点” 论。 我个人认为，物理学理论上不一定支持虚粒子（虚质量应属“斥力荷” ）对的其中一个在强引力下“坠入

10、”洞内而另一个却“蒸发”的这种“霍金辐射”之存在（注：霍金学者已放弃了“信息不守恒” ） ；而Krauss等则引入爱因斯坦时间延缓效应证明所谓“霍金辐射”会使“黑洞”不可能形成其自身 14。也因此，东京大学Bambi课题组提出的以“霍金辐射”之源的“太初黑洞”为核成星（巨大黑洞） 15的可能性恐怕极小诚然，1974年“霍金辐射”提出之时尚无1998宇宙加速膨胀暗能量的提示；重子（约900Mev）的两个夸克质量均为20MeV（见费曼的文献16） ，冯诺依曼计算学院杜尔进而提出虚粒子的胶子（强相互作用的中间玻色子）应被包括在重子的质量中 17；而虚粒子是否为引力荷的实性质量？这些均是宇宙加速膨胀提

11、出的值得进一步探讨的问题可能均No.2 Jan. of 2013 Heilongjiang Science and Technology Information（Journal in Chinese）第 2 期 2013 年 1 月 黑龙江科技信息 Page4145 3有待进一步探讨；但几乎可以肯定的是，美国学者、诺贝尔物理学奖得主弗兰克提出的万有引力源于胶子的设想 18很可能与上述夸克质量有关，然而无论夸克的“禁闭”还是“渐进自由” ，均与万有引力的特征显著相悖个人考虑，由于胶子不以实性的粒子形式存在、其自旋与光子（以及弱力的玻色子）相同，因此可能不属于狄拉克粒子(后在“暗能量”问题详述）

12、，是否可能因此不参与万有引力、斥力的可能？而如果我们把虚粒子的胶子等作为“暗能量”形态（暗物质仍以夸克星作为主体。后详述） ，则（实）夸克的质量应该是重子质量的主体，那么重子的质量（以及与其类似的夸克-暗物质星）与胶子的质量的比值，必须重新考虑是否大致符合观测的1/3注：(4+23)/73）。总之，暗物质、暗能量的宏观物理学问题，促发我对强力的费米子、玻色子质量问题进行重新审视。1.3 夸克星及宇观的超巨质量原始夸克星的理论基础：“太极生两仪” 对称（及其破缺）已是现代物理学较普遍的规则。我国古代很早即有阴阳两仪对称及两仪生四象”等思想，这些均强烈提示已发现的重子夸克的1/3、2/3“分数电荷

13、”中，e/3至少也是基本电荷的整数倍（包括1倍） ，对后者，陆埮先生和罗辽复先生早在1992年就已提出 19。根据上述，个人初步考虑，电子是一种3“轻夸克” （或5“轻夸克”后者则与质子的夸克类似）在强相互作用（相对于1/137强力的电磁力在1/12距离上相当，电子径亦与后者较符合） ，其质量远小于重子（1/1800）,恰说明相互作用很强；而轻夸克在游离状态下假如可能的话质量却较重甚至很重，因为核子物理的聚变已经提示了这一点，即Fe56的平均结合能最高，而在核聚变后质量减少得最多。而如果费曼文献的重子（约900Mev）三夸克结构中的上、下夸克的质量均为20MeV 16（尚不知其依据）则将是与同

14、为核力结合的重子是相反的1.4 宇观的超巨质量的原始夸克星可能为星系团的前身：理论依据古思等学者的暴涨模型尽管获得观测上的用力支持，但所预言的暴涨产生物质的温标1028K（即强、电及弱力大统一的能标-温标） 20，显然与微波背景辐射的2.7K的精确宇宙学结果相悖；2.7K较有力地提示，宇宙暴涨产生物质的温标是伽莫夫在热大爆炸模型预言的10 32K，后者为普朗克能标。不难设想，极度压缩的相变真空（宇宙“太极”所源于的“无极” ） 的10 32K温标不仅可能打破重子范畴的夸克禁闭（而以e的单电荷夸克形态存在） ，而且完全有可能打破有或许远比这些能标更高的我所假设的电子性夸克禁闭（实际上不是“打破”

15、而是在这些能标降低后， “禁闭”成如今的电子、重子）！那么，这个结构不仅避免了正反粒子湮没为非“物质”的光子，同时又保持电中性一种极深层的类似于“等离子体”的结构（-e/3的电子夸克与1/2的上夸克组成的可能性较大）；而且为星球形成提供了我们期待“暗物质晕”去提供的稳定的引力源且具极高的密度。不难看出，由长程力之一的电磁力聚合的具有足够物质密度的暗星，直接越过了早期膨胀的引力疑难并具备“视界” ，尚未见其与观测证据或暴涨模型明显冲突。由此推测，原始星系的形成途径尚不除外：宇宙早期非单一的（受限于自转对质量的限制）但为数有限的几个超大的原始夸克星暴出后逐步演化（“分解”和重组）而成，此种可能性或许较大。2.关于暗物质性星体在宇宙演化作用的部分观测佐证2.1 关于对撞途径的线索：”黑洞”暴涨之后约7亿年(均据今日宇宙以137亿年为年龄，以下同)之际，最古老的黑洞之一质量高达太阳质量5亿多倍的CFHQS J2329-0301，星团 “梅西叶30”已经形成；暴涨之后约4.8亿6.5亿年时，恒星诞生率是今天的10倍 21；暴涨之后约7.7亿年，类星体ULASJ No.2 Jan. of 2013 Heilongjiang Science and Technology