以太与暗物质的关系

摘要  宇宙中并不存在暗物质，如果承认以太的存在，那么，暗物质就是以太的密度分布不均所产生的，是引力所产生的效应。

关键词：以太，暗物质，密度分布，引力效应

1. 引言

自从天文学家卡普坦于1922年提出暗物质的概念后，科学家们投入了大量的人力、物力寻找暗物质，但一百年后的今天，仍然是一无所获，没有寻找到暗物质存在的蛛丝马迹。因此，我们必须更新思路，只有承认以太的存在，才能弄清暗物质到底是什么。

2. 以太的性质

2.1. 以太的定义

假设以太粒子是宇宙中最基本的粒子，以太是由以太粒子组成的，广泛分布在宇宙中的气体，具有理想气体的所有性质。

2.2. 以太的性质

假设电磁波是以太中传播的机械波，根据电磁波的特点，可以推断出电磁波中的电场强度就是以太的压强变化量，磁场强度就是以太的体积元速度，真空磁导率就是以太的密度，其值为ρ= 1.26x10-6 kg/m3，真空介电常数就是以太的压缩系数（体积弹性模量的倒数），其值为β= 8.85×10−12 Pa-1。

假设宇宙背景辐射是以太产生的，根据黑体辐射定理，可以计算出以太的温度为T= 2.73 K。

假设以太粒子没有旋转能量（相当于单原子分子），根据热力学理论，可以推断出以太气体的比热比为γ= 5/3，从而得出以太粒子的质量= 6.98×10−40 kg，其中k是玻尔兹曼常数，c是光速。

3. 暗物质是什么？

3.1. 暗物质的定义

所谓的暗物质是指由于以太的密度分布不均所产生的质量效应，暗物质并不是真正的物质，而是一种引力效应。如果以太在宇宙中的分布是均匀的，就没有暗物质。

3.2. 地球附近的暗物质

在引力的作用下，任何气体的密度分布都会遵循如下规律：，令星球常数，其密度分布可简化为，其中，M表示星体的

质量，m表示以太粒子质量 6.98x10-40 kg，T表示以太的温度 2.73 K，r0表示星体的半径。对于地球，由于星球常数A= 1.16x10-9，其密度分布可进一步简化为，代入可得地球附近的以太密度：。

由于以太的密度分布不均，因而可以产生附加质量，如果观察者站在距地表100公里处观察，可以得到以太的附加质量为：，其中L是观察点与质心的距离，代入数据可得m（6.47x106）= 576.5 kg。

如果观察点在月球的轨道上，代入数据可得m（3.8x108）= 2.8x109 kg。

可以看出：地球对以太密度的影响可以忽略不计，但在不同的观察点上所观察到的附加质量差别很大，也就是说，暗物质的质量与距离有关。

3.3. 太阳附近的暗物质

虽然太阳表面的温度很高，但以太只是光的传播介质，可以认为以太的温度仍然是2.73 K，其星球常数A= 3.55x10-6。由于A仍然远小于1，因此，还可以按照上述方法近似计算太阳附近的暗物质。

当观察点在距太阳中心0.5Au处，所观察到的太阳附近的暗物质质量为：

m（7.5x1010）= 3.65x1019 kg。

如果观察点在地球轨道上，所观察到的太阳附近的暗物质质量为：

m（1.5x1011）= 1.46x1020 kg，相当于月球质量的500分之一。

可见，即使是象太阳那样的大质量天体，对以太密度影响也是很小的，这也是在太阳系内观察不到暗物质的原因。

3.4. 银河系中的暗物质

银河中的物质分布比太阳系复杂得多，为了方便分析，本文把银河系分为四个部分，分别是核球、核心层、内层和外层。

3.4.1. 核球

核球是指以星系黑洞为中心，半径为0.1光年的区域，在这个区域中，由于致密星体附近的以太温度未知，而且不是常数，因此，不再计算暗物质的质量，而是把所有的质量全部归入中心黑洞，其值约为500万太阳质量。也就是说，把核球看成是半径为0.1光年，质量为1037 kg的球体。

3.4.2. 核心层

核心层是指核球以外，1光年以内的区域，在这个区域中，以太的温度可视为不变，仍然是2.73 K，密度约为1.26x10-6 kg/m3。

由于核心层内分布有大量的星体，星球常数A不再是常数，而且密度与距离的关系不再是简单的反比关系，而是（写成这样的表达式是为了方便计算，实际的关系应该是），其中x的取值范围为1~1.5，因此，上述计算方法不再适用，但考虑到A和x的变化都不大，仍可以用上述方法估算暗物质的质量，当观察点在距核球中心1光年处，由于星球常数A= 0.13，取x= 1.5，则所观察到的暗物质质量为:

m（9.46x1015）= 5.96x1032 kg，

此时的暗物质质量还不到核球质量的万分之一，暗物质几乎没有作用。

3.4.3. 内层

内层指的是大于1光年，小于1000光年的区域，在这个区域中，以太的等密度曲线依然近似球形（以太的密度分布与可见物质的密度分布相同），因此，仍然可以用核心层的方法估算，可以算出：当观察点距核球的中心1000光年时，由于星球常数A= 0.018，取x= 1.35，则所观察到的暗物质质量为m（9.46x1018）= 1.4x1040 kg，暗物质的质量仍然小于可见物质的质量，但这时暗物质的质量已经开始显现。

3.4.4. 外层

外层指的是距核球中心大于1000光年的区域，由于可见物质主要集中在银盘上，以太的密度分布也集中在银盘，上述的计算方法不再有效。由于银盘的存在，以太的等密度曲线不再是球形，但可以等效为厚度为h的圆盘，暗物质质量可表示为：，因此，以太的密度与距离的关系可表示为：，暗物质质量与距离的关系也可表示为：，其中，D和k都是常数，由于，因此，以太的速度是与距离无关的常量。需要说明的是，旋臂中的物质密度高，因此，观察到的暗物质量小，旋臂中星体的旋转速度低。

3.4.5. 以太密度的变化量、暗物质质量与星体旋转速度间的关系

在银河系内，当与中心黑洞的距离大于0.1光年时，以太的密度变化很小，设距银河系无限远处的以太密度是一个常数，则银河系内以太密度的变化量为，它（橙色曲线）与可见物质质量（绿色）、暗物质质量（蓝色）、星体旋转速度（红色）间的关系如图1所示，当观察者与核心的距离超过一万光年时，暗物质将起主导作用。

图1.以太密度变化量、可见物质质量、暗物质质量与恒星的速度

3.5. 星系中的暗物质

3.5.1. 暗物质的比例

在学界主流，经常提到暗物质在星系中所占的比例，但这种说法是欠妥的，因为暗物质的质量与观察点有关，虽然在星系内部，可见物质的质量也与观察点有关，但是二者并不成比例。在星系的外面，可见物质的质量是一定的，与距离无关，但暗物质的质量却与观察点的距离有关。

星系中暗物质的质量与可见物质具有一定的关系，当中心黑洞的质量一定时，如果可见物质很少，则暗物质的作用在较小的距离上就可以超过可见物质，成为星系的主宰，在某个距离上，暗物质的质量可以大于可见物质的一千倍。如果可见物质较多，暗物质只有在星系的外围才能显示出来，一般情况下，在任何的距离上，暗物质的质量不会超过可见物质的10倍。

对于球状星团，暗物质可以忽略，因为只有研究星团的外围，或者星团中可见物质的密度小于一定值时，暗物质才有意义。球状星团应该是没有外层物质的星系，是被剥夺外层物质的星系核。

3.5.2. 观察点的选择

暗物质的质量与观察点的环境有关，也就是与当地的以太密度有关，当观察点与质心的距离相同时，所观察到的暗物质的质量并不相同。例如，在距银心2万光年的位置上，如果观察点选在银盘上，所观察到的暗物质的质量小，而选在垂直于银道面的位置上，所观察到的质量就大，因为这里的以太密度小，暗物质的质量与密度差有关。

4. 结论

宇宙中没有暗物质，所谓的暗物质并不是物质，而是引力所导致的以太密度的不均，是引力产生的效应。只有在远离大质量天体的观察点上，所观察到的暗物质效应才比较明显，这也是在太阳系中观测不到暗物质的原因。