萬有斥力定律及宇宙

作者：衛永剛

2023-01-03

摘要：對萬有斥力的概念進行了定義和描述，對萬有斥力與萬有引力相互作用對宇宙的影響進行了討論，對萬有斥力與哈勃定律進行了關聯，找到了萬有斥力常數與哈勃常數的數學關係式和計算方法，推演了宇宙的年齡、直徑、質量、暗物質等。

關鍵詞：萬有斥力，萬有引力，哈勃定律，宇宙，天體、星系，物體。

一、前言

艾薩克·牛頓在1687年於《自然哲學的數學原理》上發表了萬引力的感念，但是，當時牛頓並沒有提出萬有斥力的概念。從矛盾論的角度來講這是不完整的。宇宙有萬有引力，就一定有萬有斥力，只是牛頓當時給忽略了，導致了後來的哈勃遠鏡觀察到遠處星系出現紅移、離我們較近的星系出現藍移時，科學家無法準確解釋。

很多科學家為了解釋這一現象，還提出了暗物質和暗能量的概念。但是，至今也沒有找到暗物質和暗能量。其實很簡單，就是牛頓當年忽略了萬有斥力論文的發表，才導致了後面的暗物質和暗能量錯誤的推論。

這裡所說的萬有斥力，就是已知宇宙物質的本身屬性，和別人以前所說的萬有斥力，以及萬有熱斥力、萬有動斥力

①

，暗能量，暗物質沒有任何關係。其實宇宙在微觀粒子層面是沒有暗物質的，暗物質是永遠找不到的。

在牛頓力學體系中，萬有斥力和萬有引力一樣，都找不到產生這兩種力的任何原因，只能提出一些假設來解釋它的存在。

有人提出萬有引力是物質的屬性場產生，那麼萬有斥力是不是也是物質的屬性場的傑作呢？不得而知。

在愛因斯坦的相對論裡，給出了萬有引力的解釋，但是也沒有給出萬有斥力的存在和解釋。

如何解釋萬有斥力，這是一個棘手的問題。

這篇文章主要描述的是萬有斥力和萬有引力相互作用對宇宙的影響，以及與哈勃定律的關係。萬有斥力與牛頓的萬有引力相對應，是一對矛盾的對立統一。

為了方便敘述，在這裡重複一下牛頓的萬有引力定律。

二、萬有引力（牛頓萬有引力定律）

設萬有引力為F

引

則根據牛頓萬有引力定律：

F

引

=G

引

M*m/R^2 。。。1

式中：G

引

為萬有引力常數；

M：為質量為M的物體kg；

m：為質量為m的物體kg；

R：為兩個物體之間的距離m；

三、萬有斥力

1

、萬有斥力定律

萬有斥力F

斥

的大小和兩個物體M，m的質量以及兩個物體之間的距離R的乘積成正比。

公式表達如下：

F

斥

=G

斥

MmR 。。。2

式中：

G

斥

為斥力常數，量綱為Nkg^-2R^-1

M：質量為M的物體kg；

m：質量為m的物體kg；

R：為兩個物體之間的距離m；

從上式可以看出，萬有斥力只和物體的質量和物體之間的距離有關，和其它任何物理量如：熱力學定理，輻射定理，暗物質、暗能量等無關。

2

、用萬有斥力和萬有引力定律推導宇宙半徑公式

假設萬有引力和萬有斥力大小相等方向相反時，宇宙中天體才能做慣性退行運動：

當F

引

-F

斥

=0時

則：

F

引

=F

斥

。。。3

萬有斥力和萬有引力對於兩個物體來說，是兩個相反方向上的力。當兩個相反的力大小相等時，兩個物體之間就會保持一個固定的距離，設為這個距離為R，則根據萬有引力定律和萬有斥力定律可以寫出下列公式：

F

斥

=G

斥

MmR=F

引

=G

引

Mm/R^2 。。。4

整理得：

R=（G

引

/G

斥

）^（1/3）=R

o

。。。5

兩個星系間萬有斥力和萬有引力相等時，R

o

是固定的值。

3

、對紅移和藍移的解釋

如果這兩個物體代表兩個星系時，當這兩個星系的距離為R

0

時，如果這兩個星系不發生旋轉，就不會觀察到宇宙學上的紅移和藍移。

如果被觀察的星系在旋轉，並且其旋轉軸平行兩星系的連線時，也觀察不到宇宙學上的紅移和藍移。

如果旋轉軸垂直於兩星系的連線時，即可觀察到多普勒紅移，同時也可觀察到多普勒的藍移。

這個星系中多普勒紅移和多普勒藍移天體的分佈圖符合中國的太極圖結構

②

。

當兩星系之間的距離大於R

o

時，就會看到宇宙學上的紅移；

當兩星系之間的距離小於R

o

時，就會看到宇宙學上的藍移。

以上描述適合宇宙尺度上的獨立星系間的宇宙學紅移，也叫哈勃紅移。

4

、哈勃定律與萬有斥力和萬有斥力定律關聯

4。1、哈勃定理

星系的退行速度與這個星系離我們的距離成正比：

哈勃定律（ Hubble‘s law ）：

V

f

= H

c

*D

。。。6

式中：

V

f

：Velocity （ Far Away ） 遠離速率 單位：km / s

H

c

：Hubble’s Constant

H

c

為哈勃常數（82。4±3。6）（km/s）/Mpc，（Mpc表示百萬秒差距，為326。16萬光年）

②

。

歐洲航天局

②

於2013年3月21日宣佈，根據普朗克衛星的測量結果得出新的哈勃常數值為

67。80±0。77（km/s）/Mpc（Mpc表示百萬秒差距，大約為326。16萬光年），即在每增加326。16萬光年的距離上（或每過326。16萬年），星系遠離地球的速度增大67。80±0。77千米每秒。

本文認為哈勃常數就是宇宙年齡的倒數

Hc=1/T 。。。7

後面有公式7的推導。

根據宇宙年齡T=137。95億年，計算出來的哈勃常數為：70。88097724 （km/s）/Mpc（Mpc表示百萬秒差距=326。16萬光年）

D：（Distance） 相對地球的距離。

為了與前面的公式描述保持一致，

令：

D=R 。。。8

則哈勃定律可寫成

V

f

= H

c

*R

。。。9

式中：

R=CT 。。。10

哈勃定律公式中的退行速度的極限值是光速C，本文不支援退行速度超光速的理論，但是支援宇宙的膨脹速度可以超光速，因為這兩種速度產生的物理機制不一致。退行速度是天體的運動形成的，宇宙的膨脹速度是由史瓦西半徑和宇宙年齡計算來的速度。兩種速度有著本質的區別，美國天文學家觀察宇宙直徑的資料，支援由史瓦西半徑和宇宙年齡計算的結果。

根據史瓦希半徑公式

Rs=2GM/C² 11

推導的宇宙的膨脹速度公式：

V

pz

=2*2^（3/2）*C

。 。。。12

這個速度V

pz

乘上宇宙的年齡T就等於宇宙膨脹的半徑公式

R=2*2^（3/2）CT 。。。13

根據宇宙大爆炸理論，我們假設宇宙大爆炸時，是以光速C，向宇宙三維空間爆射天體時如下圖：

圖-1

從圖中可以看出：

V

f1

＜C，Vf2=C，C＜V

f3

＜2C，V

f4

=2C 。。。14

從中心爆射出來星系的對宇宙中心來說：

V

fmax

=C

。。。15

式中：C為光速；

V

fmax

為天體從宇宙爆炸中心，向外退行速度的極限值。這個值小於或等於光速C。

我們在圖-1中6的位置，觀察星系時，能觀察出多種退行速度來，但都不會超過2C。

這就是科學家們為什麼能觀察出超過光速C的退行星系，但找不到兩倍於光速2C以上的退行速度的星系。

哈勃定律就可以寫成：

V

f

=V

fmax

=C=H

c

R

。。。16

整理15得：

R=C/H

c

=CT

。。。17 //這就是宇宙的半徑計算公式

=2。99792458E+08/（70。880977 （km/s）/Mpc）

=2。99792458E+08*（326。16*10^4*2。99792458E+08*365*24*60*60）/ （70。880977 *10^3）

=1。30421E+26m

=137。95億光年

這就是宇宙以光速退行的宇宙半徑，未考慮宇宙的空間的膨脹速度影響。

宇宙的直徑D

yz

D

yz

=2R

。。。18

=2*132。7433628=275。90億光年

4。2、推演宇宙的大小

4。2。1宇宙誕生時間的推演

根據哈勃定律

Vf = Hc*R 。。。19

式中：R=CT（16式）代入公式19式得：

Vf = Hc*C*T 。。。20

當V

f

=C時代入20式得：

C=Hc*CT 。。。21

整理21式得：

1=Hc*T 。。。22

或寫成：

Hc=1/T 。。。23

上式可以看

出哈勃常數就是宇宙年齡的倒數。

或寫成

T=1/Hc 。。。24//用哈勃常數計算宇宙的年齡的公式

=1/（（7。08809772E+01*10^3）/（326。16*10^4*365*24*60*60*2。99792458E+08））

= 4。35039120E+17s

=137。95億年

用宇宙年齡計算的出來的哈勃常數應該是測試值的極限值即Hc=70。880977 （km/s）/Mpc。

所以：哈勃常數在宇宙這個尺度上，就不是一個常數了，他是時間的函式，它與宇宙年齡的倒數成正比。這在以後的計算中非常重要。

4。2。2半徑R的計算方法：

4。2。2．1、第一種演算法

R=C/Hc 。。。17

4。2。2．2、第二種演算法

R=CT 。。。25

前面已經計算過了，不再重複。

4。2。3宇宙質量的計算方法

4。2。3。1公式的推導

根據牛頓定律

V=aT

a=F/m

得：V= FT/m 。。。26

F=G

斥

MmR（

或者用F=G

引

Mm/R^2也可以）代入26式得：

V=G

斥

MmRT/m=G

斥

MRT 。。。27

R=CT帶入上式得：

V=C

斥

MCT^2 。。。28

當V=C時（根據哈勃定理，星系的退行速度為C，根據史瓦西半徑計算公式V=2*2^（3/2）C， 或者V=2*（0。8*8）^（3/2）C，它們各自的物理意義，在以後有專門的文章論述這個問題，本文取V=C）代入上式得：

G

斥

MT^2=1 。。。29

整理得：

M=1/（G

斥

T^2） 。。。30

已知：

G

斥

= G

引

/R^3 =G

引

/（CT）^3 。。。31

代入30式得：

M=1/（G

引

T^2/（CT）^3） 。。。32

M=C^3T/G

引

。。。33

看見這個不起眼的公式了嗎？這個是一個重要發現，這個公式，不亞於E=MC

2

的發現，這個公式就是宇宙總質量的計算公式。

由30式，也可以匯出下列公式：

M=Hc^2/G

斥

。。。33

4。2。3。2計算過程如下：

M=H

c

^2/G

斥

。。。34

=（70。880977 *10^3）^2/

（（326。16*10^4*365*24*60*60*2。99792458E+08）^2*3。00778920E-89）

=1。75426370E+53 kg

這就是宇宙的總質量，要使用歐洲航天局資料67。80±0。77（km/s）/Mpc（Mpc表示百萬秒差距，大約為326。16萬光年），即在每增加326。16萬光年的距離上（或每過326。16萬年）計算，則為：1。68922E+53kg

也可以到換成其它引數來計算宇宙的總質量：

M=1/T^2G

斥

。。。35

將G

斥

=G

引

/R^3代入35得：

M=R^3/T^2G

引

。。。36

將R=CT代入36得：

M=R^3/T^2G

引

=C^3T^3/T^2G

引

=C^T/G

引

= C^3/H

c

G

引

。。。37

整理得：

M=C^3/H

c

G

引

。。。38

4.3

、2萬有斥力常數G斥計算

用已知的萬有引力G

引

常數計算萬有斥力常數G

斥

G

斥

M*mR= G

引

M*m/R^2 。。。39

G

斥

=G

引

/R^3 。。。40

R=C/Hc 。。。41

G

斥

=G

引

Hc^3/C^3 。。。42

式中：

G

引

為引力常數：6。67×10-11

Hc為哈勃常數：70。88097724（km/s）/Mpc

C為光速：2。99792458E+08

代入42式中的：

G

斥

=G

引

Hc^3/C^3

=3。00778920E-89

G

斥

=G

引

/R^3 43

=6。67*10^11/（137。95*10^8*365*24*60*60*3*10^8）^3

=3。00778920E-89

4。2。3。3宇宙密度計算公式：

ρ=

M/V

t

=3M/4

πR^3 。。。 44

式中：

ρ為宇宙的平均密度

V

t

為宇宙的體積，公式如下：

V

t

=4πR

3

/3 。。。45

M=C3/H

c

G

引

。。。46

R=CT 。。。 25

R=C/Hc 。。。41

上四式代入44中整理得：

ρ=3H

c

2

/4πG

引

。。。47

ρ=3/（4πG

引

T^2） 。。。 48

這就是宇宙的平均密度計算公式，數值計算略。

4.3.3

有關藍移和紅移資料的計算方法

計算時只考慮宇宙以光速C退行的速度，不考慮宇宙以史瓦希半徑超光速膨脹的速度，它的計算比較複雜，在此不展開討論。以後專門發表文章探討。

設：退行天體的退行速度低於光速C時，

銀河系的總質量為M，

退行天體離銀河系中心的距離為R，

退行天體的直徑遠小於離我們的距離。

當萬有引力和萬有斥力平衡時：

已知 R=（G

引

/G

斥

）^（1/3） 。。。。5

已知M=Hc^2/G

斥

。。。33

33式可寫成

G

斥

=Hc^2/ M 。。。49

48式代入5式

R=

（G

引

/G

斥

）^（1/3）= （G

引

M/Hc^2）^（1/3） 。。。50

令R=R

0

。。。51

50代入49式得：

R

0

=（G

引

M/H

c

^2）^（1/3） 52

=（G

引

M）^（1/3）T^（2/3） 。。。53

=（6。67259E-11*3。9782E+42）^（1/3）*4。288896E17^（2/3） 米m

=3。65503E+22 米m

=386。60136651

萬光年 10

4

ly

這個結論說明：離我們銀河系的距離小於這個資料的星系，就一定會出現藍移，大於這個資料的星系就會出現紅移，在這個位置附近的星系，由於自旋的原因，可能即有紅移，又有藍移。星系自旋的速度越快，同時出現藍移和紅移的機會就越高，自旋軸與兩星系的連線平行時，不會出現藍移和紅移。

我們找一些出現藍移和紅移的星系，看看他們離我們的距離是不是符合這個定律？

4。3觀測資料

4。3。1、仙女座：

離我們的距離220萬光年，小於386。60136651萬光年，就出現了藍移。

4。3。2、大小麥哲倫：

小麥哲倫星雲，位於杜鵑座，距離我們大約21萬光年遠；大麥哲倫星系是銀河系眾多衛星星系中，質量最大的一個。距離地球約17。9000萬光年。

對於一些星系來說，如果星系的半徑與兩星系之間的距離相比較過於大時，可能計算的結果就不是很準確了，需要進行必要的修正。

五、宇宙中心

宇宙中心就在宇宙大爆炸時的奇點位置上。大爆炸後，我們以光速C的速度遠離奇點，因此奇點就會變得無限小。人類現在還沒有任何儀器能檢測到遠離我們的宇宙中心，因此說宇宙沒有中心，也是有一定道理的，但是，確實不能代表宇宙中心就不存在。

六、奇點

宇宙是有奇點的，奇點裡是真正的反物質，反物質和正物質之間存在的是外有斥力，而不是萬有引力。

重複公式1

F

引

=G

引

M*m/R

2

。。。1

重複公式2

F

斥

=G

斥

M*mR 。。。2

式中：R=CT 。。。25

從公式1可以看出當T

d

→0 R→0 F

引

→∞

從公式2可以看出當T

d

→0 R→0 F

斥

→0

在奇點時，萬有引力無窮大，其實這是數學上的概念，在物理學上，奇點不可能無限小，因為奇點的密度不可能變得無限窮大。它受普朗克密度的限制，奇點的密度只能小於或等於普朗克密度：5。15749084E+96kg/m^3

這就是黑洞形成的原因，也是宇宙爆炸前奇點的狀態。

宇宙中心奇點，到底是什麼神奇的力量能夠克服這麼無窮強大的引力，將物質以光速C的速度拋向現在的宇宙空間，這個問題是大爆炸理論的一個最大痛點。

也有可能是絕對真空，透過對稱性破缺，形成了不對稱的正反物質對，正物質形成現在的宇宙，等量的反物質形成宇宙中心的奇點。這僅僅是猜想。但是，這個猜想也無法解釋是什麼力量讓宇宙以大於2倍的光速C膨脹。

關於黑洞奇點，各種元素星體的進一步研究，將在另一篇論文中發表。

七、暗物質、暗能量和宇宙的總質量

在前面的公式推導中，宇宙的總質量M

z

的計算公式，被推匯出來了，這個結果中沒有暗物質和暗能量位置，暗物質和暗能量是臆想出來的結果，不可信，相信也永遠找不到直接的證據。其實所謂的暗物質和暗能量就是因為天體運動形成的動質量和動能量，可由下列公式計算：

Myzz=k*Vtx^3Tyz/G

引

。。。54

k1=（（1-（Vryz-Vrxx）/（Vryz+Vrxx））^（3/2） 。。。55

k2=0。8（（1-（Vzyz-Vzxx）/（Vzyz+Vzxx））^（3/2） 。。。56

式中K=K1*K2 。。。57

Vtx為星系的推行速度在這裡等於光速C

C= 2。99792458E+08m/s

Tyz為宇宙的年齡137。95億年

G

引

為萬有引力常數6。67259000E-11N·m²/kg²

Vryz為宇宙中心奇點的繞行速度。在這裡等於Vryz=0

Vzyz為宇宙中心奇點的自傳速度。在這裡等於Vzyz=0

Vrxx為星系繞行宇宙中心的速度，在這裡Vrxx=C

Vzxx為星系自傳的速度，在這裡Vzxx=C

代入上式的

Myzz=6。4*Vtx^3Tyz/G

引

。。。58

這就是宇宙的總質量

宇宙的可觀測質量Myz

Myz= Vtx^3Tyz/G

引

。。。。33

宇宙不可觀測的質量Myzb等於宇宙的總質量Myzz減去宇宙的可觀測質量Myz，寫成數學公式：

Myzb=Myzz-Myz 。。。59

宇宙不可觀測質量佔總質量的比例：

Nyz=（ Myzz- Myz）/ Myzz 。。。60

=（6。4-1）/6。4=84。375%

這就是所謂暗物質Myza。

Myza=（ Myzz- Myz）

=5。4 Vtx^3Tyz/G

引

。。。61

從這個公式可以看出，星系光速退行時，並不需要無窮大的能量，最多需要6。4～8倍質量轉換的能量，就足夠的。

八、粒子對撞機加速粒子時動態質量的計算公式

電子對撞機在常溫下最多能夠獲得8倍的靜態質量的能量，要想提高對撞機加速粒子的能量，就必須降低粒子對撞機的工作溫度。一般粒子對撞機都是用液氦做冷卻劑，工作溫度在4。25K以下，粒子對撞機被加速粒子所獲得動態質量的計算公式如下：

。。。62

式中：

M被加速粒子的動態質量；

Mo被加速粒子常溫靜態是的質量；

To被加速粒子常溫靜態是的溫度；

T被加速粒子加速時的工作溫度；

Cao被加速粒子常溫靜態時的比熱；

Ca被加速粒子加速時的比熱；

ρo被加速粒子常溫靜態是的密度；

ρ被加速粒子加速時的比熱；

Vo被加速粒子常溫靜態是的熱運動速度；

V被加速粒子加速時的速度。

從以上公式可以看出，粒子加速器是粒子獲得動態質量是有上限的，不是想加速到多大，就能加速到多大。要想把粒子加速到更大的動態質量，就必須進一步降低工作溫度，但是人工低溫也是有限制的，宇宙中的最低溫度是：1。00217358E-08K，有人報道他們可以用鐳射降溫法獲得1E-12K的溫度，我覺得是在吹牛。

九、宇宙的會不會死亡

根據宇宙的質量公式

Myz= Vtx^3Tyz/G

引

。。。33

宇宙的質量和宇宙的年齡成正比，宇宙的年齡越大，宇宙的質量就越大，所以宇宙越來越大永遠不會死亡，但是宇宙的密度與宇宙的年齡的平方成反比，宇宙的密度會越來愈小，星系也會越來越孤獨。

十：總結

宇宙以光速C隨著時間的流逝不斷的膨脹著。宇宙的半徑R=CT ，T就是宇宙的年齡，總重量就是M=

H

c

2

/G

斥

。宇宙的中心就是宇宙的奇點。紅移藍移，也作了詳細計算和說明，也預測了宇宙是不會死亡的，雖然宇宙的密度在不斷地降低。除了宇宙的生產動力到底什麼，我沒有合理的解釋外，宇宙的其他大問題都做了淺顯的解釋。

本文沒有使用繁雜的數學工具，而是使用最簡單的數學公式推導計算得出的結論，這不影響它的精準性，和邏輯性。

對一些似是而非的偽科學，也做了毫不客氣的嚴厲批評。

本文是在牛頓的經典力學，哈勃定律，宇宙大爆炸理論，以及全世界許多科學家的研究成果、觀測資料和理論觀點等的基礎上編寫的，對這些科學家的勞動成果再次深表敬意和感謝！

也感謝你，對這篇文章感興趣，花你的寶貴時間把它閱讀完了，此稿編寫於2019-12-16，一直沒有發表，總覺得不完善，有些問題把握不準，中間做過多次修改，現在也難免還有很多錯誤和謬論。

你有什麼意見和建議歡迎批評指正。

參考文獻：①萬有斥力定律（網上下載的，不知到作者，必要時可以附上下載的原文）

②資料均來源於網路。

③《自然系統的物理學原理》