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user: 4. 宇宙物质密度新计算和应用 4.1. 宇宙物质密度新计算 经上面讨论知，宇宙视界在新引力宇宙度规应用中可信度高，现在用来计算宇宙物质密度和可观测星系的数量。由 r s = 2 G M 总 U / c 2 和 M U = V ρ 0 = ( 64 / 15 ) π r s 3 ρ 0 (其中 M 总 U ， ρ 0 分别是宇宙局域观测总质量和宇宙物质密度)导出 ρ 0 = 15 c 2 128 π r s 2 ≈ 1.4037 × 10 − 30 g / cm 3 (9) 这个宇宙物质密度值比文献 [ 9 ] p 268 的值 ρ 0 ≈ 2.6 × 10 − 30 g / cm 3 小，比文献 [ 13 ] [ 14 ] 的值 ρ 0 ≈ 4.8 × 10 − 30 g / cm 3 更小。文献 [ 1 ] 附表2的值是 ρ 0 ≈ 6 × 10 − 30 g / cm 3 。据教材给出R-W度规体积 2 π 2 a 3 ，任何文献没有应用这个值，且各位作者们计算宇宙物质密度仍用欧氏体积计算上述文献的值。宇宙物质密度无法统一，量级相同。宇宙局域总质量是(宇宙视界值前面给出) M 总 U = r s c 2 2 G = 1.274 × 10 53   kg (10) 将方程(9)代入 V = ( 64 / 105 ) π r s 3 中计算可观测宇宙局域引力效应总质量(前者缺引力效应)。 M 测 U = ( 64 / 105 ) π r s 3 ρ 0 = 1.820 × 10 52   kg ≈ 9.15 × 10 10 个星系 (11) 以每个星系质量约10 11 M ʘ 估算。方程(11)的值符合各文献的值。可知 M 总 U / M 测 U = 7 ，恰好是方程(4a)(4) ( Z U → ∞ )比值。或者说可测的宇宙质量是宇宙局域总质量的1/7 » 14.3％，不可测宇宙质量1/7 » 85.7％，文献 [ 10 ] P. 6 (吳岳良，周宇峰)第2段：大部分暗物质约占85％，可测物质约占15％，广义相对论推出的新结论与现有推测完美符合。方程(4)最后等式的恆量不计有 V ( Z U = 2.513 ) = 0.9086 V ( Z U → ∞ ) ，据很多星系，类星体表统计知 Z U > 2.513 红移数量都小于总量的10％ (这个结论是经过统计得出，经得起检验的结论)。再对方程(4)的 Z U 不积分，便是的宇宙红移概率曲线方程 P ( z U ) = 2 π ( e − 1.5 z U − 2 e − 2.5 z U + e − 3.5 z U ) (12) 这概率曲线的极大点(0.847，0.5756)，图4中点曲线，比较文献 [ 15 ] 中(P. 74的 Figure 3 .15，图在附录2的图A3)的图中(唯象图)的对应红移值略大－些，极大值小很多，类似性很强。教材中说 z U > 1 星系观测数量下降，方程(12)符合观测亊实(注:这概率曲线与视星等无关)。以上分析知方程(4a)计算宇宙物质密度和局域物质总量，方程(4)计算可测物质量并得到观测数据的验证。在 Z U → ∞ 时，有 V u / V = 7 。如果从宇宙中任一点任意方向以光速运动的观测者，观测者在运动轨迹任意点测的空间球体是 V u ， V (不是初始点球体，这2个值是恆量)。同时他只能测出对应的 M 测 U ， M 总 U (对应 V u ， V 的恆量)，但是 M 总 U 产生的引力效应又控制观测者运行轨迹(是空间类螺线)和距离，观测者永远不能离开初始点 V u 这个空间球体。或者说 M 总 U − M 测 U = 6 M 测 U 的物质永远不可测的量，故现有文献说的暗物质是没有办法可测！图4中下面第1条可测质量曲线据方程(4)是 M 测 U = V ρ 0 ，上面不可测质量曲线据方程(4a)是 M 总 U = V u ρ 0 ，中间虚线是不可测质量曲线 M 总 U − M 测 U = M 不 可 测 。点线是概率曲线 P ( z U ) 。如见图4。 4.2. 宇宙新物质密度应用 为了加深上面结论理解，再对方程(4a) (4)和欧氏体积作具体例子计算分析。当 r ≈ 50   Mpc (这时方程(1)计算出 z U = 0.008187 )时，前述2种黎氏体积和欧氏体积近似相等，假设以这半径银河系为中心的球体，约有3 × 10 16 M ʘ 时，都能计算出这个球体内物质密度大于 10 − 27   g / cm 3 。一般 z U ≤ 0.01 时，前述3种体积都近似相等，物质密度定值时，计算3种体积內质量也近似相等。当 z U ≥ 0.01 时，3种体积內质量逐渐产生巨大差别。 离银河系的 z U 大约小于0.009时，方程(4a) (4)不适用，这时正处于星系构成的长城內，物质密度大于宇宙物质平均密度千倍以上。 z U ≤ 0.01 时，方程(4a) (4)计算体积內质量近似相等。当 z U ≥ 0.01 时，方程(4a)(4)计算体积內质量逐渐产生巨大差别。以方程(9)值计算方程(4a) (4)时，当 z U = 2.513 时，其中 M 总 U Z U = 2.513 = ρ 0 V u = π ⋅ r s 3 ρ 0 ( 64 / 15 ) [ 1 − ( 15 / 8 ) e − 0.5 × 2.513     + ( 5 / 4 ) e − 1.5 × 2.513 − ( 3 / 8 ) e − 2.5 × 2.513 ] = 2.109494 π ⋅ r s 3 ρ 0 ， M 测 U Z U = 2.513 = ρ 0 V = π r s 3 ρ 0 ( 64 / 105 ) [ 1 − ( 35 / 8 ) e − 1.5 × 2.513     + ( 21 / 4 ) e − 2.5 × 2.513 − ( 15 / 8 ) e − 3.5 × 2.513 ] = 0.5538277 π ⋅ r s 3 ρ 0 ， 图4. 下面实曲线是 M 测 U ，中间虚曲线是 M 总 U − M 测 U ，上面实曲线是 M 总 U ，3条平行线是3条质量曲线的渐近线 比值是1.8204:10.923:12.743 = 1:6:7。点线是概率曲线 P ( z U ) 。左边纵轴是 M U   10 52   kg ，右边纵轴是 P ( z U ) ，横轴是宇宙红移。4条曲线都是宇宙均匀引力控制的完美平滑精确理论曲线 则 ( M 总 U Z U = 2.513 − M 测 U Z U = 2.513 ) / M 测 U Z U = 2.513 ≈ 2.8 。 若现在可观测的 z U = 9 ， 11 时，同法计算，由方程(4a)(4)计算体积內质量 ( M 总 U Z U = 9 − M 测 U Z U = 9 ) / M 测 U Z U = 9 ≈ 5.9 倍 ， ( M 总 U Z U = 11 − M 测 U Z U = 11 ) / M 测 U Z U = 11 ≈ 5.946 倍 ，接近6倍。据上世纪80年代文献较少提及暗物质，上世纪90年代文献逐渐提及暗物质，现在对暗物质才加强认知，是宇宙红移观测逐渐到9以上，理论分析时出现的困境产生的。以上分析可知在很小红移时，可以观测98％以上的星系红移，随星系红移值逐渐増加，比较暗的星系或矮星系，如本星系群中矮星系占一半多的IC10，Leo І，Leo A等等，随红移增大会逐渐观测不到，暗物质来源是其中主要原因之一。前面§2星系自转曲线和晕中质量的计算也是暗物质来源次要原因。这2种观测不到星系，星系计算质量超大，星系之间的物质流，星系构成的长城之间巨大空洞内更稀簿物质密度小于 10 − 33 g / cm 3 ，也是观测不到的物质。这些物质之所以观测不到，是受到宇宙基本均匀极稀簿物质产生极微弱引力累积贡献，电磁波在宇宙中长距离传播受极微弱引力累积最强大的基本均勻效应(参考§1末段)。 上面分析既简单又十分抽象，经理论分析大量宇宙观测数据(不是全部)，如果没有理论分析大量星系观测数据，则上述结论是空中楼阁。 以此而言当今观测的宇宙巨大空洞内不能是真空，其空间必存在不可测的质量，物质密度可能小于 10 − 33 g / cm 3 (近似于1个光子质量，文献 [ 1 ] P. 291)，现在还是一个谜。星系构成的长城集群中宇宙质量较多的区域，物质密度可能大于 10 − 27 g / cm 3 。新引力宇宙度规看到宇宙有限，这度规适用于宇宙任何一点，故宇宙无限，方程(9)物质密度值可推扩到无限宇宙中。这种宇宙观念完全违背当代主流大爆炸宇宙有限观，但是符合Einstein，Bondi，Gold，Hoyle上世纪50年代前的稳常态无限宇宙，但有本质的区别。据Einstein推导出星体引力中心红移值后，并得到观测和实验的验证。因此，虽然宇宙物质密度 1.4037 × 10 − 30 g / cm 3 极小，这么小的质量在1 m处引力红移，据Einstein推导 z 极 小 n ≈ 1.4037 × 10 − 27 G / c 2 ≈ 1.042 × 10 − 54 ，是极微弱引力中心红移贡献(当代没有人这样考虑，现在必须这样考虑)。当星系发射出电磁波在宇宙中长距离传播过程 z 极 小 n ≈ 1.042 × 10 − 54 极微弱引力中心红移对长距离传播过程的电磁波产生强大的效应，这 z 极 小 n 引力中心红移贡献累积效应就是宇宙红移 z U 。据方程(1)和Einstein推导，可计算在任意点离1 m处的宇宙红移 z 极 小 U = 1 / 2 r s = 1 / 2 × 1.892 × 10 26 = 2.643 × 10 − 27 ，比较 z 极 小 U 和 z 极 小 n 大于27个数量级，是 V u z → ∞ = ( 64 / 15 ) π ⋅ ( 1.892 × 10 26 ) 3 = 9.078 × 10 79 个 m 3 的 z 极 小 n 叠加成宇宙红移。故宇宙和黑洞内的基本均匀引力势是方程(1)，当代公认的宇宙“暗能量”是宇宙基本均匀极微弱引力效应，不能有数量表述(文献 [ 10 ] P. 135 (张鹏杰)：暗能量是宇宙学常数吗?)，是方程(3)的度规表述。 众所周知，整数可分为奇数和偶数，这3种数对应一样多。从图4知，计算出 M 测 U 与 M 总 U 的体积和质量，前者小于后者，后者物质密度是均匀分布体积大，前者物质密度是宇宙红移增加逐渐稀簿体积小。实际上前者的体积和质量都分布在后者整体。由方程(4) (4a)及(9)可以推出，红移 Δ Z U = Z 2 − Z 1 的 V u 球壳层处可观测物质密度(注意 V 球壳层的物质密度不变，散布在对应 V u 球壳层处物质密度是变量，即 ( V u Z 2 − V u Z 1 ) ρ Δ Z U = Z 2 − Z 1 = ( V Z 2 − V Z 1 ) ρ 0 ， ρ Δ z U = z 2 − z 1 = ( V z 2 − V z 1 ) ρ 0 V u z 2 − V u z 1 (13) 可计算出 ρ Δ z U = 0.009 − 0.008 = 1.3918 × 10 − 30   g / cm 3 ， ρ Δ z U = 0.85 − 0.84 = 6.030 × 10 − 31   g / cm 3 ， ρ Δ Z U = 2.514 − 2.513 = 1.1368 × 10 − 31 ， ρ Δ z U = 11.02 − 11.01 = 2.3359 × 10 − 35   g / cm 3 值，这4个值清楚看出红移 Δ Z U = Z 2 − Z 1 的 V 球壳层处可观测物质密度随红移增加而减小。而 V 和 V u 的各球体物质密度 ρ 0 是不变量，此情况符合宇宙观测亊实，并能精确分析可观测物质密度随红移变化规律。方程(13)的分子值是 V u 球壳层处可观测物质的数量。计算式子繁，介绍计算过程如下：方程(13)分子 ρ 0 = 1.4037 × 10 − 30 g / cm 3 ，分子小括内用方程(4)计算可观测宇宙 V 球壳层体积，对 ρ Δ Z U = 0.009 − 0.008 计算式如下 V 0.009 − V 0.008 = ( 64 / 105 ) [ ( 35 / 8 ) ( e − 1.5 × 0.008 − e − 1.5 × 0.009 ) − ( 21 / 4 ) ( e − 2.5 × 0.008 − e − 2.5 × 0.009 )     + ( 15 / 8 ) ( e − 3.5 × 0.008 − e − 3.5 × 0.09 ) ] π ⋅ r s 3 = 2.8323 × 10 − 7 π ⋅ r s 3 。 分母观测实体宇宙 V u 球壳层体积，用方程(4a)计算， V u 0.009 − V u 0.008 = ( 64 / 15 ) [ ( 15 / 8 ) ( e − 0.5 × 0.008 − e − 0.5 × 0.009 ) − ( 5 / 4 ) ( e − 1.5 × 0.008 − e − 1.5 × 0.009 )     + ( 3 / 8 ) ( e − 2.5 × 0.008 − e − 2.5 × 0.09 ) ] π ⋅ r s 3 = 2.8566 × 10 − 7 π ⋅ r s 3 。 将上述数据代入方程(13)便是 ρ Δ Z U = 0.009 − 0 ， 008 = 1.3918 × 10 − 30 g / cm 3 值。余下同法计算。 上面方程(13)计算说明宇宙 V u 球壳层处可观测物质密度随红移增加而减小，正如附录3复制图A4是文献 [ 16 ] 的星系、类星体扇形二维红移平面图，星系、类星体点分布随红移增加而由密变稀疏。用可观测物质密度随红移增加而减小解析星系、类星体点分布随红移增加而由密变稀疏的分析是恰当的，密度数值也接近实际，文献还没有类似的解析。理解较抽象。