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第763章 如何测出宇宙的质量?
    关于如何测出宇宙的质量,以下摘录了两种方法,并非精准,仅供参考。

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    测算一:

    如果我们这个宇宙的总质量是不变,遵守质量守恒定律,也不允许具有相对论质量的光子逃脱我们这个宇宙,宇宙越膨胀,物质密度逐渐变稀,温度也逐渐降低,就到了光子逃脱的临界点。

    设宇宙和光子的质量分别为m、m,光子到宇宙中心的距离为r(也是宇宙允许的最大半径),光子的速度为c。由于光子运动所需的向心力是由二者间万有引力提供的,故可得:f=gmm/r2, f=mc2/r,m=pv=4pr3π/3,已知g =6.67x10-11n·m2/kg2,c=2.99792458x108米/秒,理论计算得出的临界密度为p=5x10-27kg/m3,π=3.141592653,

    得宇宙的总质量 m=c3 (3/4pπg3)0.5=3.415788x1053kg,

    宇宙允许的最大半径 r =2645亿光年,

    我们生活其中的宇宙中约有近2000亿个星系,的星系有几十亿颗恒星,大的星系约有近4000亿颗恒星,每个星系平均约有2000亿颗恒星,恒星大约总共有:3-4百万亿亿颗.即(3-4)x1022颗。取值3x1022

    我们所处的太阳系中的太阳为中等大的恒星,太阳的质量为1.98892乘以10的33次方克。据上,我们可以得到,我们生活其中的

    宇宙中可见物质的质量: m1= 5.96676乘以10的55次方克=0.596676x1053kg.

    其它物质质量(可能是暗物质质量):m2=m-m1=3.415788x1053kg-0.596676x1053kg=2.819112x1053kg而我们可以看到的物质只占宇宙总物质量的17.46%左右。

    其它物质质量(可能是暗物质质量)占宇宙总物质量82.54%:

    测算二:

    测量质量需要相当的前置知识,细起来的话还真是挺费工夫呢...

    首先要得到太阳的质量:

    通过相对简单的牛顿定律计算,就可以得到太阳的大致质量

    但是其他恒星和太阳不一样啊

    根据观测一些双星系统、有行星的恒星系中,体的轨道、速率、周期等,可以算出这颗恒星的质量

    但不是每颗恒星都能这么算啊

    观测到一定数量的恒星的质量后,就可以得到一个规律,它描述的是质量与光度之间的关系,将它们挂钩在一起的就是恒星的光谱——比如,处于主星序的恒星质量越大温度越高,光谱类型也有相应的特征——这样,分析一颗恒星的光谱,用测到的亮度结合算出的距离推出绝对亮度,再按照上述规律反演,就可以算出一颗恒星的质量

    于是就得到所有恒星的质量了吗?

    不是,因为我们能看到的几乎所有恒星都处于银河系内,而银河系中大部分恒星我们是看不见的(被银河本身挡住的处于另一侧的部分),所以要确定银河系的结构。一是根据观测来绘出可见部分的恒星分布,二是观测河外星系的形态来反推银河系。于是得到了银河的大致形态,是一个旋涡星系

    这样就得到了可见部分的质量

    我们可以看到的部分约占银河系的40%,这个比例足够大,所以可以用它的特征去推整个银河系的特征,于是我们知道银河系中70%都是太阳这样(甚至更弱)的恒星,剩下30%大部分是大质量恒星、中子星、黑洞,及相当数量的褐矮星,(还有数不尽的行星、碎石块、星云等但它们的质量可以忽略不计),于是就得到了可见物质的质量

    于是就得到了银河系的质量了吗?

    不是。通过观测不同距离的恒星的绕银心公转速率可知,仅靠可见物质不足以维持大部分恒星绕银心公转,计算可知暗物质占有相当大的比例;通过观测银河系星簇中一些矮星系向银河系掉落的速度可知,仅靠可见物质不可能让它们达到这样的加速度;一些被甩出银河的恒星也可以提供数据。综合很多观测和计算,暗物质占银河系质量的7成以上。算上它们的质量,才能得到银河系的总质量

    然后就可以拿银河的特征去算河外星系的质量

    和根据规律去推恒星质量一样,拿到了银河的数据,就可以去观测河外星系的总光度、光谱成分、尺寸、附近矮星系的绕行速度等,算出一个河外星系的大致质量

    难道要每个星系都算一遍?

    当然不行,全宇宙有数千亿个星系呢。但是经过相当的观测后,可以认为星系的分布基本是各向同性的,向东看能看到100个星系的话,向西看也能看到100个,并且不同类型比例都差不多。所以未统计区域的质量就可以根据已知区域的情况去推算。这样可以得到所有可见物质的总质量

    那么暗物质呢?

    这就需要涉及到宇宙加速膨胀的问题了。假定使空间扩张的能量叫做暗能量,而可见物质质量已知,那么计算扩张的速度等(具体我也不知道要算哪些啦)就可以得到暗物质的大致质量。现今测到的结果,是暗能量占73%,暗物质占23%,普通物质则只有不到4%

    最终结果呢?

    10^53kg,这是一个估值
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