1.14宇宙数学模型

    侯工

    我们现在讨论的是理论物理，理论物理是从理论上探索自然界未知的物质结构、相互作用和物质运动的基本规律的学科。理论物理的研究领域涉及粒子物理与原子核物理、统计物理、凝聚态物理、宇宙学等，因为有很多实验是不能实行的，比如最小粒子的性质，又比如观察视域以外的天体等。对这些问题的研究，只有理论物理，通过论证或思想实验来解决。

    人类可以通过离开地球的卫星来观察地球，看到地球是一个蓝色的星球。但是人类无法离开宇宙来观察宇宙，那么我们可以通过建立数学模型来研究宇宙。

    我们观察自然界，月球是球状的，太阳是球状的，吹出来的肥皂泡是球形的，这是什么原因？原来，自然界有一条最省材料又能平稳运动的原理，球形是最省材料而且转动最平稳的。按照这个原理，宇宙也应该是个球形的。

    那么，宇宙究竟是实心的还是空心的？如果是实心的，天体就像池塘里的鱼儿一样到处乱窜地无序运行，那么互相碰撞就是经常发生的了。所以宇宙是空心形的，而且必须受球面牵引才能运动，这样就保证有序运行了，否则，物体就会像无头苍蝇一样乱飞，或者干脆就不动了。

    这样，宇宙的数学模型就比较简单了：

    设宇宙球面积为S，宇宙半径为r，则有：

    S=4лr^2                                   (1)

    由于r=ct(c为光速，t为时间)

    则有：S=4лc^2t^2                         （2）

    （2）表示球面的瞬时面积。

    两边对t求导，得：

    S’=8лc^2t                                 (3)

    (3) 表示球面瞬时膨胀速度，也就是瞬时膨胀增幅。

    瞬时膨胀增幅/瞬时面积称为膨胀率：

    8лc^2t/4лc^2t^2=2/t                  （4）

    当膨胀率为0的时候，所有物体分解完毕，t就是宇宙的寿命。

    计算：

    因为S=4лc^2t^2  

    t＝[S /（4πcc）]^1/2

    宇宙现有物体中最小粒子总数=1.355*10^84个

    最小粒子在宇宙球面上占据的面积=8.425*10^-30平方米（1.11《什么是最小粒子》）

    宇宙现有物体展开的面积S2=（8.425*10^-30）×1.355*10^84

    =1.1416*10^55平方米

    1光年=9.46×10^15米

    c=3*10^8米/秒

    1年=3.1536*10^7秒

    现在宇宙球面面积S1=S=4лr^2=4*3.1416*（138.2*10^8*9.46×10^15）^2

    =1.7092*10^52平方米

    宇宙球面总面积S=S1+S2=1.7092*10^52+1141.6*10^52=1143.3*10^52平方米

    宇宙寿命t=[1143.3*10^52/(3.1416*4*(3*10^8)^2]^1/2

    =（10.109*10^36）^1/2

    =3.1795*10^18秒

    =1.0082*10^11年

    =1008.2亿年

    （3）两边对t求导，得：

    S”=8лc^2                               （4）

    （4）表示球面积瞬时膨胀的加速度。这里是指面积，然而，球面上两点之间的膨胀是匀速的，没有加速度。例如月球离开地球的速度是3.8cm/年。

    地球离开太阳的速度是多少？

    计算；

    月球到地球的距离为3.844*10^5km

    太阳到地球的距离为1.496*10^8km

    那么地球离开太阳的速度是38*1.496/3.844=14.79m/年，这样，大概3年就要增加1秒，称为闰秒。大概1亿年后，地球公转一周就要两年时间。闰秒，就是宇宙以球面膨胀方式运动的证据。