如何宣傳這麽重要的論文??
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The Nature's Selection of Cubic Roots
The English naturalist Charles Darwin established that all species of life have descended over time from common ancestry, and proposed the scientific theory that this branching pattern of evolution resulted from a process that he called natural selection. In fact, Darwin theory dealt with the evolutional phenomena of the biosphere, not its origins. Further more, there exist the natural worlds other than our beloved one. Compared to the large-scale structure of galaxies, the biosphere is "microscopic". The electromagnetic and nuclear forces which rule the world disappear in the formation of large-scale galaxy structure. Similarly they disappear in the formation of the solar system. My previous papers showed that large-scale galaxy structure originates rationally from an algebraic cubic equation. This paper presents the nature's selection of the cubic roots and its application to the galaxy NGC 3275.
立方根的自然選擇
1. 達爾文理論及其局限性
達爾文是英國博物學家,進化論的奠基人。1831—1836年,他以博物學家的身份,參加了英國派遣的環球航行,做了五年的科學考察。在動植物和地質方麵進行了大量的觀察和采集,經過綜合探討,形成了生物進化的概念。1859年出版了震動當時學術界的《物種起源》。書中用大量資料證明了形形色色的生物都不是上帝創造的,而是在遺傳、變異、生存鬥爭中和自然選擇中,由簡單到複雜,由低等到高等,不斷發展變化的,提出了生物進化論學說,從而摧毀了各種唯心的物種不變論。“進化論”是19世紀自然科學的三大發現之一(其他兩個是細胞學說,能量守恒和轉化定律)。
達爾文進化論的要點是:生物之間存在著生存鬥爭,適應者生存下來,不適者則被淘汰,這就是自然的選擇。生物正是通過遺傳、變異和自然選擇,從低級到高級,從簡單到複雜,種類由少到多地進化著、發展著。這就是我們常聽到的“物競天擇,適者生存”。
有人類的曆史以來,人類就不斷地探索自然,擴展認識自然的疆界。自然界就是由自然的物質結構組成的世界。自然物質結構就是多粒子組成的係統所處的自然狀態。雖然物理學家對於基本粒子微觀世界的理解近乎完美,但是關於宏觀物質結構起源的認識卻沒有多少進展。人類對於地球上存在的自然物質結構的性質的認識,並不等同於對於物質結構起源的理解。比如,人類知道,獨立的體積較小的物質係統,跟引力相關的作用力的合力近似為零,這時,係統自發地朝著熵增加的方向發展。也就是說,宏觀上,該係統的性質變得均勻,微觀上,該係統趨向於混亂度最高的狀態。但是,自然物質結構通常不是密度均勻的,而是呈現非均勻但有序的結構。因此,任何對於獨立的非均勻的自然物質結構的基礎性理解,都是認識物質結構起源的突破性的進展。
相對獨立的物質係統很少見,星係結構是最重要的例子。在這信息化的時代,星係的照片充滿著互聯網,大部分老百姓都能看到並認識星係。非常幸運的是,我的博士畢業論文,提出了一個非常簡單的星係模型。最近,該模型取得了重要的進展,現在進入了理論數值計算與真實星係照片可作自由比較的階段了。
我的星係模型極其簡單,一句話:星係是理性結構。理性結構的定義是什麽呢?一個平麵上的物質分布被稱為理性結構,如果該平麵上存在一簇正交曲線網,其中任一條曲線兩側的物質密度之比,沿該曲線是恒等的。這樣的一條曲線稱為等比曲線。這樣的曲線網稱為正交等比曲線網。我已證明,理性結構滿足一個一元三次代數方程,稱為本能方程。本文要證明的是,對於星係來說,本能方程的可能的三個根中,隻有一個根給出我們需要的正交等比曲線網,此根稱為奇跡根。下麵簡單介紹我的星係模型,並給出這個奇跡根的表達式。然後給出它在星係 NGC3275 上的應用。
2. 星係代數方程的自然根
相對獨立的螺旋星係隻有兩種。沒有棒結構的稱為正規螺旋星係。它的本體結構很簡單,就是一個軸對稱的圓盤。物質密度(即恒星密度)沿該圓盤的徑向方向指數減少。稱為指數圓盤。我已證明,指數圓盤是理性結構,它存在很多簇正交等比曲線網。每一個等比曲線都是黃金螺旋,又稱等角螺旋,或對數螺旋。巧合的是,正規螺旋星係的旋臂所遵循的方向是黃金螺旋。這意味著,螺旋星係的旋臂是對本體結構的擾動。由於自然界遵從優化原理,為了取得最小的擾動,擾動方向沿著等比曲線發展。由於正規螺旋星係存在很多簇正交等比曲線網,實際觀測到的旋臂通常不是光滑的,而是破折的。
擾動的結果有什麽意義呢?每一個恒星幾乎是由自然界中最輕的兩個元素氫和氦組成的。所以,生命物質所需要的重元素,如氧和碳,絕對不是從恒星中的核聚變過程直接產生出來的。靠著星係結構的擾動,恒星死亡和重生的過程加速了。正是這個加速死亡的過程,產生了孕育人類生命所需要的重元素。
另一種螺旋星係存在棒結構,稱為棒旋星係。我的棒旋星係模型是這樣的,棒旋星係的本體結構是由指數圓盤與兩個或三個雙柄結構相加而成的。當然,每個雙柄結構是理性結構,其正交等比曲線網是所有共焦點的橢圓及雙曲線。指數圓盤與雙柄結構相加,結果還是理性結構嗎?這在數學上還沒有嚴格證明。所幸的是,我找到了任何理性結構 rho(x,y)所必需滿足的一個一元三次代數方程,即本能方程。該方程對於螺旋星係的成功應用,等同於間接地證明了:對於螺旋星係來說,理性結構的和還是理性結構。
任何平麵理性結構必須滿足的本能方程是:
其中,(x,y)是平麵上的笛卡爾直角坐標。a,b,c,d由rho(x,y)的微分構成。假設正交等比曲線的切線的幅角(即切線與x軸的夾角)是alpha,那麽,g=tan (2 alpha)。也就是說,如果切線的斜率是k,那麽,g = 2k/(1-kk)。一簇正交等比曲線網在任何一點的對應切線,組成一個十字架。如果該點對應的本能方程有三個實根,同一點就對應地有三個十字架,形成一個雪花圖樣。考慮該平麵上的所有點,就得到一個雪花圖。我的論文給出了一個星係的雪花圖。
現在,我們來求解該本能方程的根。代數方程有多少實根,由它的判別式決定。判別式是:
其中,A=, B=,
如果判別式大於零,隻有一個實根:
x1=
如果判別式小於零,有三個實根:
xi =
如果判別式等於零,那麽A=0時,隻有一個實根:
A不等於零時,有兩個實根:
本論文的重要結果是,如果判別式小於零,我們必須取第三個實根:
x3=
這樣選取的根給出我們需要的正交等比曲線網,此根稱為奇跡根。讀者可能要問,判別式等於零時,可能有兩個實根,應當選取哪一個根呢?誠實地講,我不知道答案。希望你能去幫忙找到答案。所幸的是,理性結構是非常光滑的結構,跟複變函數中討論的解析函數(也是和諧函數)有關。所以,判別式等於零的點,在平麵中最多形成幾條曲線,而曲線的麵積為零。隨便選取兩個實根中的任一根,對理性結構理論的實際應用的影響非常渺小。
3. 自然根的應用