宇宙总质量正负解和宇宙加速膨胀 ——兼回答暗能量为什么存
郝建宇
[摘 要] 宇宙总质量MC有正、负解，MC=±(c3/2HOG）。其中的正质量有一部分通过形成黑洞的方式转化成了负质量，使正、负质量在数量上失去了平衡。负质量有负能量、负体积、产生斥力，驱动宇宙加速膨胀；暗能量就是负质量所具有的能量；在观测事实的基础上，预言了宇宙中大约有26%的正质量转化成了负质量。
[关键词] 宇宙总质量 正、负质量 黑洞 负能量 宇宙加速膨胀 0 引言
面对已被观测确证的宇宙正在加速膨胀的事实，人们企图用宇宙常数λ给出解释。当把λ视为量子真空能时，则λ的理论值将比观测值大120个量级[1]。本文用宇宙总质量有正、负解的定性和定量结果，否定了“120个量级“带来的困扰，推出了宇宙必然加速膨胀的结论。
1 哈勃常数和塌缩宇宙的总质量 宇宙的临界密度ρc定义为
3H0ρc= （1）
8?GH0——哈勃常数，G——引力常数
现假定宇宙一个典型的区域，其体积为V，内含质量MC，则这个区域的平均密度ρ0为
ρ0=
Mc （2） V2再进一步假定这个区域塌缩成黑洞，则体积V是
4
?Rg3 （Rg——引力半径） （3） 3
将（3）代入（2）得 V= ρ0= 3MC
（4）
4?Rg3
令ρ0=ρc，即令（4）=（1），化简得：
1
Mc H02
= Rg3 2G
Rg可表为 Rg=
（5）
2GMc （6） c2将（6）代入（5）化简得
c6c3Mc==± （7） 22H0G4H0G2宇宙总质量由H0、G、c三个常数决定并有正、负解是耐人寻味的。 取 H0=150公里/（秒·1千万光年）[2]（需化成CGS制）
G=6.67×10-8厘米3·克-1·秒-2 c=3×1010厘米/秒 代入（7）算得
MC≈±1.28×1056（克） （8） 相当于6.4×1022M⊙的质量(M⊙≈2×1033克) 致于MC为什么是宇宙的总质量,不再给出解释。
从(7)式可知:若宇宙是静态的(H0=0),则MC将为±∞。故当H0＞0，（7）式可视为塌缩宇宙总质量有限的证明。
以上是笔者十年前写的一篇短文[3]，十年后又有新的理解，故将该文摘要抄出，作为论证宇宙加速膨胀的理论根据。致于如何从宇宙的塌缩模型推出宇宙必然加速膨胀的结论，本文将给出逻辑证明。
2 宇宙总质量有正、负解与具体的宇宙模型无关
采用宇宙的塌缩模型，MC有正、负解；张邦固[4]也曾计算了宇宙的总能量，他的结果表为
3GM2M=?+Kc-2+M0 （9） 25RcM也有正、负解。但文[4]的计算方法和采用的宇宙模型与笔者完全不同，这说明M有正、负解与具体的模型无关，它是宇宙的一个内禀型性质。文[4]的定量结果是
2
M≈8.36×1054(克) (10) 但文[4]认为“负质量没有物理意义”。
霍金（Stephen Hawking）认为，宇宙大体有1080个重子质量[5]。若用质子质量代表重子质量，（质子质量≈1.6725×10-24克）,则1080个重子质量为
M≈1.6725×10-24×1080=1.6725×1056(克) (11)
（8）、（10）、（11）三式给出的定量结果基本上是一致的，但霍金没有论及宇宙质量是否存在负解的问题。
3 关于黑洞
恒星演化因其质量不同有三种结局：白矮星、中子星和黑洞。白矮星和中子星分别靠电子简并压强和中子简并压强来维特稳定。质量超过能形成中子星天体的质量，其演化结局，根据目前的理论不存在使其稳定的机制。从而发生无限塌缩，形成体积为0，密度为∞的点状黑洞[6]。
4 点状黑洞令人惊异的性质
4.1关于黑洞不能发射引力的逻辑证明
鉴于宇宙中含有正、负质量，有必要说明形成黑洞的物质是正质量。当大质量天体塌缩形成黑洞时，要经过引力半径Rg=2GM/c这一点，但在这一点是不稳定的，会进一步塌缩成体积Vg=0、密度ρg=∞的点状黑洞。具体可表为
32?G3M3Vg==0 =>M=0 (12) 63c3c6ρg==∞ =>M=0 (13) 3232?GM2
从（12）、（13）两式可知，此时形成黑洞的正质量变成了0，0质量的天体当然不能发射引力（引力子），因而也就不存在引力场，形成黑洞的正质量退出了引力相互作用。这是点状黑洞令人惊异的性质（笔者曾与焦善庆教授合作，用另外的方法证明了黑洞不能发射引力，详见文[7]）。
黑洞不能发射引力证毕。
关于正质量变成0涉及的质量守衡问题，稍后将给出说明。 4.2 黑洞是正质量转化成负质量的途径
（12）、（13）两式表示的M=0，是指形成黑洞的正质量变成了0。根据质量守衡定律，正、负质量都是不能消灭的。正质量变成0，说明正质量转化成了绝对值相等
3
的负质量，宇宙总质量的绝对值并没有改变，所以，质量仍然守衡的，可称为宇宙总质量绝对值守衡定律。
点状黑洞具有负能量（负质量），还可以从霍金的观点中推出：霍金认为，一个接近黑洞的正能粒子，会变成负能粒子[5]。而与黑洞最接近的就是黑洞自身，所以黑洞也应该具有负能量，这个结论在逻辑上必定成立。
5 宇宙有正、负质量的物理意义 （1）代表宇宙在质量上的对称性。
（2）体现了自然界事物之间总是相互制约的普遍规律。正质量产生引力，负质量产生斥力，二者之间相互制约。
（3）正、负质量是宇宙的内禀性质，是与生（宇宙如果有过“生”的问题）俱来的。
（4）正、负质量代表宇宙的两极，是宇宙的整体性质。 6 正、负质量和相互作用
正质量之间相互吸引，如正质量的地球吸引正质量的物体（吸引是相互的）；负质量之间是相互排斥的，故负质量不能成团；正、负质量之间也是相互排斥的，原因是负质量有负体积，使空间扩展；正质量有正体积，使空间收缩。故二者必定相互排斥。
从逻辑上讲，正、负质量不能相遇，因为二者相互排斥，这是其一；其二是如果相遇，不是产生湮灭，而是相互抵消“中和”。如“两块”绝对值相等的正、负质量相遇，即有（+M）+（-M）=O。“中和”的结果是使二者都变成O。但这违反宇宙总质量绝对值守衡定律，因而是不可能的；再者，若“两块”绝对值不等的正、负质量相遇，“中和”的结果将剩下绝对值较大的那种质量，如（+M）+（-2M）=-M，但这仍然违反宇宙总质量绝对值守衡定律，故也是不可能的。正负质量之间只能相互转化，不能“中和”，以保证宇宙总质量绝对值守衡定律成立。乔奥·马古悠（JoaoMagueijo）
[16]
认为，光速改变理论提供了使真空能转换成宇宙物质的机制。
必须指出：正、负电子湮灭不是正、负质量之间的湮灭，因为二者的质量都是正
的[8]。湮灭的生成物2γ光子仍然是正质量（正能量）。而正、负质量“中和”不存在生成物。如果正、负质量能够湮灭，当二者绝对值相等时生成物是正能量还是负能量？显然没有合理的答案，因而是不可能的。
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正负质量性质对比
正质量性质 负质量性质 显示引力（动力学效应） 显示斥力（几何效应） 有正体积 有负体积 成团 弥漫 有正能量 有负能量 压强为正 压强为负 有形 无形
有正密度 有正密度（负质量比负体积） 使宇宙膨胀减速 使宇宙膨胀加速 7 负质量的存在形式和性质
负质量以真空能的形式弥漫于整个空间，有正密度：用（-M）代替（+M），用（13）式计算出的就是负质量的密度，是正的；负质量有负体积：用（-M）代替（+M），用（12）式计算出的就是负质量的负体积，其物理意义为：负质量不仅不占有空间，反而使空间扩大。所以，负质量的斥力是以其具有的负体积来实现的。
（12）、（13）是描写负质量性质的两个公式，因为此时正质量已变成0，转化成了负质量。
负质量的物态方程（即真空的物态方程）为：
P=-ρv c2 [2] （14）
即负质量产生的压力（压强）是负的，P与ρv反号，由（13）式知负质量有正密度，前已述及。其负压力的表现形式就是其有负体积，使空间扩展膨胀，就是宇宙的膨胀。由此可知，宇宙膨胀是几何效应，而非动力学效应。
8 关于暗能量
所谓暗能量，实际上就是宇宙中负质量所具有的能量。这样，就使暗能量由推测它存在变成了有来历的存在，是宇宙内禀性质的存在。这比推测要可信得多。负质量所具有的负能量具备暗能量的全部性质，但它绝不含有“120个量级”的差距。
9 相关文献中的负质量问题
负质量概念在相关文献中早已有之，简述如下：
文献[2]认为，真空具有负质量，负压力，并指出，如果真空有正密度ρv，压力
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宇宙总质量正负解和宇宙加速膨胀
