泡沫膨胀

关键词：

泡沫膨胀（精选四篇）

泡沫膨胀 篇1

一、世界各国滋生资产泡沫的教训

1、日本泡沫。

从1985年五国集团的“广场协议”到1987年七国集团的“卢浮宫协议”, 日元升值55%。之后日本央行多次上调贴现率, 企图抑制泡沫。但1990年为防止海湾战争带来的油价上涨的冲击, 日本央行将贴现率一次性上调到6.0%, 至此, 股市崩盘和大银行证券公司违法经营的丑闻劲曝, 彼此推动, 股市崩溃由此一发不可收拾。

1991年, 日本不动产市场继股市暴跌后开始垮塌, 巨大的地产泡沫自东京破裂, 迅速蔓延至日本全境, 涉足房地产业较深的大、中、小企业纷纷倒闭。房地产泡沫破裂重创了日本金融业, 十大银行中的长期信用银行、债券信用银行以及北海道拓殖银行相继倒闭, 中小金融机构也接连不断的破产。

2、美国次贷危机。

07年4月, 美国新世纪房屋贷款公司申请破产保护, 从此美国次级按揭贷款风险开始显露。随后, 风险迅速向以次级按揭贷款为支持的各类证券化产品的持有者转移。6月, 美国第五大投资银行——贝尔斯登旗下的对冲基金因投资次级债而损失面临破产的消息引发了全球范围的金融市场动荡。次贷危机导致全球股市连锁性下挫, 开始波及到全球黄金、原油期货和外汇等金融市场, 造成金融机构和资本市场的巨额损失。例如, 美国CITI GROUP由于次贷相关资产冲减, 07年第四季度亏损了98.3亿美元。这一结果导致危机再次冲击了各大股市, 导致全球股市暴跌, 我国金融板块受此影响也出现较大跌幅。

3、对资产泡沫的反思。

从以上来看, 日本美国都是由房地产泡沫的破灭引发了金融危机。许多专家学者认为, 各国金融机构为了追求高额利润, 无节制地扩大信贷规模, 助长了泡沫的形成。对于日本来说, 一再放松银根, 使利率创下了历史新低, 导致过剩资金大量流入股市和不动产市场。而美国银行为了获取高利润, 将房地产贷款作为最佳贷款项目, 给那些信用品质较差和收入较低的借款人放贷。房地产价格暴涨导致企业和个人都纷纷投资房地产, 造成房地产业虚假繁荣。在这种虚假繁荣背后, 是泡沫的不断积聚。一旦这种虚假的繁荣被“揭穿”, 泡沫破灭, 整个产业将会显现出它真实的面目, 并将受到严重的影响。

二、资产膨胀和资产泡沫产生的原因

分析资产泡沫产生的原因, 追根溯源, 我们要分析“虚假繁荣”背后的资本快速增长——资本膨胀。

1、资产膨胀的根源是经济的虚拟化。

众所周知, 资产膨胀的基础是资产的存在。大量资产的存在是经济虚拟化的重要标志。从产生角度来看, 虚拟经济起源于交换和货币。由于生产力提高, 财富的积累直接导致了经济虚拟化。当人们财富积累到一定程度, 人们便希望利用富余资金去创造更多的财富。正是通过日益多样化的股份制度和信用制度去投机进而创造更多的财富。基于股份制度和信用制度这个温床, 人类无休止的财富欲望便使虚拟经济成为现实。

虽然经济虚拟化能为提高生产力提供广阔的空间, 提高市场配置资源的能力, 同时为经济增长提供强劲的动力。但在虚拟经济下, 财富能迅速膨胀也能迅速缩水。

2、资产泡沫产生的原因。

资产膨胀是资产泡沫产生的基础。资产泡沫是指资产的市场价格高于其价值。当资产膨胀到一定程度时, 这种虚拟经济下投机导致资产的市场价格高于内在价值时就会有资产泡沫的产生。

由于存在财富延迟兑现的现象, 即人们认为财富是一种承诺, 基于跨期考虑和财能生财, 人们为了投机会延迟兑换货币。特别是在房地产市场中, 当房产价格上升时, 人们会以各种方式取得银行贷款进行房地产投机, 以便未来取得更多的收益。但是每年房地产交易的数量和整个社会的房地产存量相比十分有限, 而且整个房地产的价格是以这些有限的交易价格作为标价尺度。由于人们对房地产市场的投资有大量投机因素的存在, 加上信息不对称, 这就会引出人们对投机房地产的利润的非理性预期, 对房地产泡沫的积聚起到了推波助澜的作用。而房地产市场价格不可能无止境的上涨, 一旦价格上升到极端不合理的高度后, 泡沫将会破灭。

三、资产泡沫与金融危机

1、资产泡沫破裂的后果。

资产泡沫破裂带来的最直接后果就是财富的雪崩效应——人们的财富迅速缩水。那些因高估的资产导致泡沫破灭, 财富也随之消失。而后, 某些财富的消失必然导致失业破产等, 经济秩序开始混乱, 陷入停滞。而经济的衰退, 严重的失业等状况带来的是悲观、阴郁的社会心理阴影, 对社会稳定有一定的威胁。

2、资产泡沫破裂与金融危机。

经济作为一个整体, 其各个组成部分是密切相关的。因此, 任何一个产业泡沫的破裂必将波及整个经济, 引起经济衰退。而金融贯穿与整个经济实体, 一旦资产泡沫破裂, 金融行业必将受其影响, 进而引发金融危机。

以房地产市场和股票市场为例, 当泡沫破裂, 财富一夜之间化为乌有, 投机者们将不能偿还银行的贷款, 而银行的不良贷款则会迅速增加。不良债权大量增加导致金融机构的财务体质十分脆弱, 抗风险能力低下, 出现资金周转失灵等问题。当不良贷款积累到一定的程度时, 一些银行甚至会破产。金融体系将会发生剧烈动荡, 则以银行危机为开始的金融危机将会爆发。之后, 这种资产泡沫的破灭将会传导至其它方面导致经济的衰退。

四、我国潜在的金融风险

自从1998年以来, 我国房地产市场繁荣, 住宅市场需求旺盛。特别是近几年来, 我国房地产价格迅速攀升。从上海房价的引领效应中, 我们可以看到以杭州、北京等地为代表的城市房地产价格直线上升。北京市统计局有关资料显示, 今年1至3季度, 北京普通住宅类商品房售价比去年同期上涨了4.3%。而有关人士指出, 中国的空房率达到了15%, 而8%被认为是泡沫破裂的警戒线。这些都是因为温州炒房团、山西炒房团、国际炒房团等控制房价, 在房产销售上采用“宁空不降价”的策略导致的结果。基于房产价格和空房率的“双高”, 笔者认为中国房地产确实存在泡沫。

而房地产与银行业是直接相关的, 因为房地产商和购房者大部分是从银行借款进行房地产投资的。一旦房地产泡沫破灭, 不良债权导致银行业乃至其它行业遭受很大损失。回顾过去三年, 中国经历了各项资产价格全面上涨的过程, 资产膨胀价格上升导致中国正孕育着资产泡沫。从这点来看, 我国潜在的金融风险日益显现。

随着资产泡沫的滋生, 财富分布两极分化进一步加剧。这无疑使富者更富, 穷者更穷。而富者又会利用日益膨胀的资金去进行投资, 投资的集中与过热, 会推动资产价格的上扬, 使资产泡沫更加积聚。面对我国经济快速持续上涨, 人民币升值, 资产膨胀是其必然结果。而资产价格又具有周期性运动规律, 因此, 我国金融面临着巨大风险。

五、解决途径

如何解决这个问题, 规避金融风险, 保持经济稳定增长, 十分重要。

第一, 我国应建立金融风险预警体系。从次贷危机中, 我们认识到金融机构风险防范意识的淡薄、盲目追求利润会导致金融危机的产生。而我国目前人民币升值、国内流动性过剩, 资产价格上涨较快, 极易出现银行降低放贷标准盲目追求利润的情况。因此, 我国需要建立金融风险预警体系, 金融机构对自身风险的防范和管理。

第二, 从源头上看, 我们需要有效控制资产价格上涨速度, 这需要我们加大供给规模。从需求和供给的关系中, 我们很清楚的知道, 要想降低价格, 一个很有效的方法是增加供给。因此, 为防范金融风险, 减少泡沫, 我们需要控制资产价格, 从宏观上需要我们加大供给的规模。

六、结语

随着当代社会经济的发展, 如何使构成经济体的两个核心部分——虚拟经济和实体经济协调工作十分重要。而资产价格增长速度是否合理以及是否存在资产泡沫是衡量虚拟经济健康与否的标准。因此, 我们需要密切关注资产价格和资产泡沫。

日本泡沫破裂和美国次贷危机对我国是一个警示, 让我们认识到我国资产泡沫的存在以及潜在的金融危机。因此, 在日益膨胀的资产情况下, 我们需要合理控制虚拟经济的发展, 控制资产价格的直线上扬, 挤掉一部分泡沫, 保卫我国金融安全。

参考文献

[1]、蓝庆新.美国“次贷危机”与我国金融风险防范[J].理论研究2008 (02)

[2]、李兆谊.美国次贷危机对我国经济发展的影响和启示[J].思想政治课教学2008 (03)

楼市泡沫速膨胀港府重锤压炒风 篇2

有关研究表明,目前香港楼市价格为港人人均收入的15倍,两者之间差距令人咋舌,甚至可以赶超1997年楼市高峰期。8月13日,香港政府再次出招,决心下重锤抑制炒风。但是,楼市现时已趋炽热,其泡沫有迅速膨胀之势。此次楼市在密集调控之下,能否如期降温,起到立竿见影之效,还得拭目以待。

豪宅掀炒风

居屋也疯狂

今年6月生效的“九招十二式”,是港府回应楼市炒风的第一波重拳。此后,市场马上有了对策,一些发展商灵活转化其销售方式,加上何文田地王高价成交,又带动了一二手价格攀升。山顶聂歌信山道豪宅地块7月以104亿元高价成交,成为港岛第三贵重地王,再次推动了豪宅价格破顶。而位于港岛南湾的赫籣道11号屋,以破香港一手洋房开盘新高的呎价50641元成交,售价达6.6亿元,也创出了香港洋房售价的新纪录。大量内地豪客的入市,更是令一二手豪宅买卖投交转旺,并打破了往年6、7月份淡季的习惯。卖地效应、低息环境、资金涌入,3大因素令香港楼市价格一路飙升。

面对一手楼价重回1997年后新高的“惨”况,不少有意“上车”的市民,此时只有转向二手居屋市场。但未想到,炒风已经蔓延到了中下屋苑,更有投资客趁机入市抢货,令二手居屋也呎价疯涨。7月份二手居屋注册量破千宗,期内的二手居屋注册额涉及约16.9亿元,创1997年11月以来的新高;今年首个7月二手居屋注册总量更达6376宗,较去年同期急升35.7%,令二手居屋成交量赢了大市。笔者查了一下,以今年首个7月二手注册量最多的10个居屋苑计算,其中泽丰花园更大幅急增1.5倍,宗数远超去年同期。而不少“低水”居屋还相继转手,其中更不乏投资客入市,一手业主也多数获得厚利。传媒报道,马鞍山锦英苑有一户出售低层单位,面积827方呎,成交价223万元,平均呎价2696元。原业主1991年购入,补地价约55万元,转手即获利92%达107万元。二手居屋楼市的疯涨,令这一层面的普通市民供楼负担大幅增加。

“三招十四式”

抑泡组合拳

早前推出的稳定楼市的措施出台即取得成效,使得楼市升势一度放缓,但在低利率、资金泛滥等情况之下,楼价很快再度上扬,使得楼市泡沫风险大增。财政司司长曾俊华表示,楼市风险有增无减,市民供楼负担占入息比例已超4成,利率一旦掉头上涨,楼市泡沫将随时爆破,危及港岛经济及社会稳定。最使政府担忧的是,楼市的持续升温,使得炽热炒风由豪宅蔓延到了中下价屋苑,不得不令政府再度出手稳定楼市,打出一套“三招十四式”组合拳,从增加土地供应、打击炒卖楼花以及收紧过度借贷等三方面入手,务求压制“楼泡”越吹越大之势。

三招之一是禁止一手楼花摸售。买家若取消交易,摸售的定金将上调一倍至楼价的10%。这表明,投机者除非选择取消交易,否则必须一直持有物业,直至以真金白银,包括进行银行按揭、完成物业契约转让为止。此招可以增加炒家成本,防止炒家及用家抢货,有效降低了炒风;第二招是政府主动拍卖分别位于柴湾、红磡和粉岭的土地,在这3幅土地发展中小型住宅,提供540个单位。当局同时透露,20公顷工业地皮将来可做住宅用途;第三招是,金管局亦配合政府措施,降低豪宅定义,将6成楼按实施标准由原来的港元2000万元以上,收紧至1200万元以上,更限制非自主物业按揭成数。曾俊华表示,推出强化版“三招十四式”,是希望楼市稳定发展。他强调,政策不是银子弹,不能指望一枪就可以解决所有问题,政府将会密切留意楼市发展,有需要时会推出更多措施。

比较4月底推出的“九招十二式”,政府此次公布的“三招十四式”可以说相对全面。根据市场人士分析,此次港府遏制楼市,以禁止“摸货”转售最具针对性,尽管措施还存在一定的漏洞,但仍可即时打压楼市炒卖活动,而增加赔定金额和豪宅按揭成数,也是切实有效的主要措施。至于逐步增加主动卖地数目,以及长远增加土地储备和供应,也是对症下药的正确方向,尽管远水救不了近火,但给予市场的讯息还是相当明确的。

未解真民怨

专家纷献策

然而,此次政府同金管局采取的措施,媒体却纷纷评论指“落药过轻”,对于遏制楼市炒风只能在短期内有成效。专家分析此次措施出台,主要针对新盘短炒,同时加推的小型住宅地皮面积有限;其次,被形容是“最辣一招”的禁止一手“摸货”转售,虽说增加了炒家的成本,却可能令购买力转投二手市场;其三,投资者若透过买卖公司形式转售物业,还可节省印花税等开支,成为新措施下的漏网之鱼。因此,各界评价政府出招心理效用大过于实质作用,其力度不足且未能对症下药。不少市民更是质疑政府只打压一手楼市炒风,而可能令二手楼市受累,致使脱离市民实际负担能力的情况依旧无法改变。

针对难以“扑灭”的楼价升势,有行政会议成员表示,政策忽略了外围因素对楼市的影响,政府需考虑是否限制外国人、外地人购买楼宇。该行政会议成员指出,限制境外人士买楼可能会对香港自由市场造成重大冲击,但当局可以研究限制境外投资者投资某类价格档次的住宅单位,或者征收额外税项,以避免热钱炒风影响港人置业。还有行政议会成员指出,为稳定楼市,需制定长远房屋政策,并应先重新评估市民的住房需求,再规划公私营房屋的供应。这位成员更提议,在拉低楼价和地价的情况下,可以让部分未能置业的家庭,以补贴方式买楼,以活化居屋二手市场。专家呼吁最多的就是复建居屋,让普罗大众从中受益。

楼市欲平稳

供应需再增

港府推出冷却楼市措施之后,香港楼市成交量曾一度急挫。市场皆预期卖地成交价也会回落,政策效果初现。但未曾料到的是,发展商们的投地热情显然没有因重锤辣招的打压而褪去。新招出台没多久,九龙区两幅地皮均以高价拍出,分别高出勾地价43.5%及98.3%,连夺九龙市区住宅地王。其中亚皆老街地皮成交价,折合成楼面地价更高出每呎1万元。“面粉价”几乎全面超越同区二手“面包价”,令公众大跌眼镜。这也意味着当局推出的冷却楼市措施未能凸显成效。政府既想要遏制楼市炒风,又不希望出招过重令楼市崩倒,且未能从增加供应上着手,结果轻易被卖地佳绩重燃楼市气氛。

现时港岛群情汹涌,政府下定决心打击炒卖已不能平息民怨,所以协助部分市民置业成为了政府必须做的动作。楼市最关键的始终是供求问题,此次新政推出,也重在增加土地供应,可惜力度远远不够。政府近日推出了勾地表,表内粉岭、柴湾和红磡3幅中小型住宅用地改为拍卖或招标方式推出,但总共仅提供540个单位,实在是杯水车薪。而万众瞩目的原启德机场用地,最快要5年以后才能提供4000个单位,更是成了“远水”中的“远水”。

要使楼市长期处于相对平稳和健康发展的状态,政府必须主导土地供应,来增加和确保住宅单位的稳定供应。笔者一再建议,当局目前的首要任务并非是打压楼市,设法协助有需要的市民上车才是关键。首先,香港地少人多,这限制了土地的整体供应,而自从保护维港条例通过后,市区填海几乎已不可能,再加上社会要求增加绿化带和保育地带,要在市区寻找可供发展的土地,可能性更是微乎其微。现阶段下,港府虽仍有能力应付社会建屋需求,但长远来看,开发土地的问题应该尽早摆上议程,以寻求社会共识和解决办法。为从根本上抑制楼市炒风,尤其需要推出更多偏远地区的地皮应市;第二,需规定地产商所兴建的单位必须“限价”或“限呎”,以吸引一些小规模的发展商投地兴建更多中小型单位,面向市场中最多层面市民;第三,港府可从资助房屋开始,加快公屋建设,并大力研究为置业人士提供特殊的资助形式,如“中产公屋”、有不同类别资格及转售限制的居屋等等,都是值得港府决策层考虑的措施。

屠海鸣简介

总星系的泡沫结构与泡膨胀的动力学 篇3

在20世纪80年代以前,天文学家一般都相信,星系在宇宙空间的分布是随机和无序的。在80年代,美国哈佛-史密森天体物理中心的天文学家通过巡天观测发现,星系和星系团的大尺度分布,并非原来想像的那样随机和无序,而是呈网状(或蜂窝状)分布;一条条纤维状星系云围绕着相对空的巨洞;最大的空洞直径达到102 Mpc的量级。这意味着总星系(即观察所及的这部分宇宙)是由尺度不等的巨泡组成的泡沫结构,而星系和星系团则分布在巨泡的表面,构成了所谓的“洞壁”。本文试图从力学角度来说明这种结构形成的机制,并认为真空能是总星系泡沫结构的起泡剂。当然,我们这里提出的理论,具有初步和近似的性质。

1 引力相互作用的三个类型和两种表现:

膨胀/收缩的密度判据

现代物理学认为,真空是量子场的一种特殊状态——未激发出粒子而处于能量密度最低的基态。对于各种激发态来说,此基态虽没有粒子,但却具有能量和质量。

1917年,爱因斯坦将宇宙学常数λ引入到他的引力场方程[1],利用λ和引力常数G可定义一个具有密度量纲(例如kg·m-3)的常数。

引入ρλ后,即使在常规物质(指所有满足质量守恒条件的可见和不可见的物质)密度ρM=0的真空态,也存在引力场。有人把ρλ称为等效真空能密度。我们可将它看作是真空的本底密度,而天体系统的总密度ρ可视为ρM与ρλ之和。

牛顿力学只承认物质密度ρM,而认为真空纯粹是虚空(ρλ=0),所以式(2)是对牛顿力学物理内涵的一个重要修正。现在,我们看到经过式(2)带来的物理修正后,利用牛顿力学的数学框架(模式),能得到什么结果。

在星云中,取一半经为r质量为M,密度ρ均匀的球形区域,作为我们研究的天体系统。根据牛顿引力理论的数学框架,其自作用总引力势能V为[2]

在牛顿引力理论中,式(3)的M显然指该球形天体系统常规物质的质量MM。而在我们修正过的理论中,M不仅包括常规物质的质量MM=4πr3ρM/3,而且也包括等效真空能的质量Mλ=4πr3ρλ/3,即

将式(4)代入式(3),得

令$V{}_{{\rm M}{\rm M}}=-\frac{3G}{5r}{\rm M}{}_{{\rm M}}^2$ (6)

此处,VMM代表该系统内第I类引力相互作用——物质与物质引力相互作用的势能。VMλ代表系统内第Ⅱ类引力相互作用——物质与真空引力相互作用的势能。Vλλ代表系统内第Ⅲ类引力相互作用——真空与真空引力相互作用的势能。系统内自引力总势能则是此三者之和。

下面求该球形天体系统在膨胀或收缩时此三类引力势能各自的增量。由于MM的守恒和 ρλ=const.,故由式(6)—式(8)可得

当系统膨胀时,Δr>0。由式(10)—式(12)可知,ΔVMM>0,ΔVMλ<0和ΔVλλ<0 。这表明:在膨胀时,I类引力相互作用表现为吸引,而Ⅱ类和Ⅲ类引力相互作用均表现为排斥。当系统收缩时, Δr<0 。可知ΔVMM<0,ΔVMλ>0和ΔVλλ>0 。这从另一个角度表明:I类引力相互作用同样表现为吸引,而Ⅱ类和Ⅲ类引力相互作用均表现为排斥。所以在系统内的自作用总引力势能中,既包括一种起吸引作用的牛顿势能,又包括两种与真空有关起排斥作用的非牛顿势能。

现在考虑在没有其他外界因素影响下该球形天体系统处于膨胀或处于收缩状态的一个重要判据[3]。由式(9)可知

将式(10)—式(12)代入式(13),经整理得到

在不考虑其他外界因素的影响下,无论是膨胀还是收缩,其自然趋势是使系统的总引力势能减少,即ΔV<0。由式(14)可知,当ρM<5ρλ时,只有Δr>0, 才能使ΔV<0。当ρM>5ρλ时,只有Δr<0,才能使ΔV<0。这就是说,当ρM/ρλ<5时,系统只有处于膨胀状态,才会使总引力势能减少;当ρM/ρλ>5时,系统只有处于收缩状态,才会使总引力势能减少。由此可得到关于膨胀/收缩的判据为:当ρM/ρλ<5时,引力相互作用以排斥为主,系统呈膨胀状态;当ρM/ρλ>5时,引力相互作用以吸引为主,系统呈收缩状态。ρλ的数量级为10-27 kg·m-3,而尺度较小天体系统平均ρM比ρλ大许多个数量级;故对于这些小尺度的天体,上述诸式中的ρλ完全可以忽略。于是又回归到经典的牛顿引力理论。

2 吸力与斥力在总星系泡沫结构形成中的作用:真空能=起泡剂

泡沫结构的形成,从物质结团开始。物质结团的理论很多,但主流的基本思想都是自引力的不稳定性,即原始微小的密度涨落在自引力作用下逐渐放大,最后形成结团。在结团过程中,表现为吸引的第I类引力相互作用,当然是决定性的。但这类理论的一个共同点,就是没有考虑起排斥作用的第Ⅱ类和第Ⅲ类引力相互作用。根据前述的膨胀/收缩判据,常规物质密度ρM只有超过5ρλ时,才有可能形成结团中心。当介质形成多个吸引中心——结团中心时,各中心均吸引周围的物质,使中心附近的ρM不断增加,而在远离中心的区域,ρM则不断降低。当降低到ρM<5ρλ时,在该区域第Ⅱ类和第Ⅲ类引力相互作用就会占优势,从而产生斥力。这种斥力一方面排挤已在此区域内的物质向结团中心运动,从而加快结团过程;另一方面又使相邻的结团中心彼此远离而出现膨胀现象。这种膨胀如同收缩(结团)一样,是自引力不稳定的表现,也是I类和Ⅱ、Ⅲ类引力相互作用竞争的结果。它是内生的,不需要外来的第一推动。等到相当长的一段时间以后,产生斥力的各区域就会膨胀变大,并彼此连接或连通在一起而形成排斥中心。然后又通过第Ⅱ、Ⅲ类的引力相互作用,将已结团或正在结团的物质排挤和驱赶到远离排斥中心的边界。已处于边界上的结团物质,如星系、星系团等,通过第I类引力相互作用,使这些被排斥中心排挤和驱赶的已结团和正在结团的物质更快地到达边界,而逐渐形成一个没有或基本上没有星系的空洞。当总星系出现多个空洞时,相邻的空洞 就会通过真空能产生的斥力挤压处于空洞之间由星系和暗物质构成的洞壁,使洞壁的厚度减少,而呈片状或纤维结构。据此,可作出这样的推测:真空斥力的挤压很可能是许多星系物质呈扁平分布的一个主要原因,它们主要分布在洞壁上;而在多个空洞的交界处,由于受到多个方向的挤压,且I类引力相互作用也较强,因而椭圆星系存在的概率较大。有迹象表明,整个总星系是由众多的空洞和它们的分界面——星系壁所组成的泡沫状结构的集合体,而真空能则充当了起泡剂的角色。总星系的膨胀是这些泡膨胀的总效果。

总之,在将与真空能有关的宇宙常数引入牛顿力学模式以后,我们不仅可将引力相互作用分为三个类型,并将之归结为吸引与排斥两种表现形式;而且还得到天体系统是处于膨胀状态还是处于收缩状态的一个重要判据。无论是收缩还是膨胀,都是I类与Ⅱ、Ⅲ类引力相互作用竞争的结果,都是由密度涨落导致的自引力不稳定的表现。根据物质守恒定律和膨胀/收缩判据,物质在较小空间范围内的密集和结团(收缩),必然为物质在更大空间范围内的稀释和扩散(膨胀)创造条件。这样就为总星系泡沫结构形成过程 ,提供了一种比较简单、直观和合理的解释。总星系泡沫结构的形成,是一种在总星系尺度上物质的自组织现象;它印证了耗散结构理论中“通过涨落达到有序”的重要观点。

3 泡膨胀的动力学:加速/减速的密度判据

现在已经知道,总星系的膨胀正在加速。由此可推知,这些泡的膨胀也在加速。下面我们将导出泡膨胀的一个动力学方程,由此可得出泡是处于加速膨胀状态还是处于减速膨胀状态的一个密度判据。

令泡的半径为r,总质量为MB,总密度为ρB,则在泡边缘处的引力场强为

设在边缘处有单位质量的粒子随泡膨胀作径向运动,这时作用于粒子上的力为

又因作用于粒子的力等于其质量乘加速度$\ddot{r}$,故$F=1\times \ddot{r}=\ddot{r}$,于是可得

由于ρB=ρBM+ρλ,故dρB/dr=dρBM/dr。由物质质量MBM=4πr3ρBM/3的守恒条件可求得dρBM/dr=-3ρBM/r,将之代入式(17),即可求得

式(18)在数学形式上与广义相对论的一个膨胀动力学方程很相似(右边只少了一个压强项,见参考文献[4]的式(4.5.2))。由式(18)可知,当ρBM/ρλ<2时,$\ddot{r}>0$,泡加速膨胀;当ρBM/ρλ>2时,$\ddot{r}<0$,减速膨胀。将式(18)乘以$\dot{r}$,得

由物质质量MBM=4πr3ρBM/3守恒条件还可得出关系$\text{d}\rho {}_{B{\rm M}}/\text{d}t=-3\rho {}_{B{\rm M}}\dot{r}/r$,故可将式(19)右边变为(4πG/3)d(ρBMr2+ρλr2)/dt。因此式(19)可改写为

$\frac{1}{2}\frac{\text{d}(\dot{r}{}^2)}{\text{d}t}=\frac{4\text{π}G}{3}\frac{\text{d}(\rho {}_{B{\rm M}}r{}^2+\rho {}_{\lambda }r{}^2)}{\text{d}t}(20)$

对此式积分时,取现在时刻的$t=0‚r=r{}_0‚\dot{r}=\dot{r}{}_0‚\rho {}_{B{\rm M}}=\rho {}_{B{\rm M}0}$,则得到

$\frac{1}{2}\dot{r}{}_0^2-\frac{1}{2}\dot{r}{}^2=\frac{4\text{π}G}{3}(\rho {}_{B{\rm M}0}+\rho {}_{\lambda })r{}_0^2-\frac{4\text{π}G}{3}(\rho {}_{B{\rm M}}+\rho {}_{\lambda })r{}^2$ (21)

令$\frac{1}{2}\dot{r}{}_0^2-\frac{4\text{π}G}{3}(\rho {}_{B{\rm M}0}+\rho {}_{\lambda })r{}_0^2=E=-\frac{k{}_B}{2}(22)$

则式(21)可写为

$\dot{r}{}^2+k{}_B=\frac{8\text{π}G}{3}(\rho {}_{B{\rm M}}+\rho {}_{\lambda })r{}^2(23)$

式(23)与广义相对论另一个膨胀动力学方程(见文献[4]的式(4.5.3))在数学形式上完全相似。式中kB为积分常数,相当于广义相对论中的曲率项。

另外,泡的物质质量守恒方程可写为

式(18)、式(23)和式(24)就构成了泡膨胀动力学的基本方程组。

现在我们对式(23)的积分常数kB进行估计。根据现代宇宙学的观测,总星系的绝大部分物质都是非相对论性的。总星系的总密度ρ0与临界密度ρc之比ρ0/ρc=1±0.005,表明总星系空间的几何性质属欧几里德空间(平直空间)或准欧几里德空间(准平直空间)。因此文献[4]中式(4.5.3)的曲率项k可以忽略,即令k=0。由于宇宙学假定宇宙空间的统计上是均匀和各向同性的,参照上述处理方式,我们也可令(23)中的kB=0,故式(23)可简化为

因此泡的膨胀率HB可写为

取HB的时间导数,得

联立式(18)、式(25)和式(27),即可求得

这表明泡的膨胀率是逐步衰减的,其衰减率$\dot{{\rm H}}$B与ρBM成正比。由于ρBM随r的增大而减小,故$\dot{{\rm H}}$B的绝对值也随之减小。

下面求泡从半径r膨胀到现在的半径ro所需的时间。对式(25)开方,并利用前面MBM的表示式,可得出

令a=8πGρλ/3,c=2GMBM,则式(29)可以改写为

再令x=r3/2,则$\text{d}x=\frac{3}{2}r{}^{1/2}\text{d}r$。经此变量置换后,上式变为

由式(30)可得到下面的积分式

取时刻 t=t0=0,对应的半径为r0,时刻t(因t在t=0之前,故应取负值) 对应的半径为r,经过繁琐的代换和计算,上式简化为

之所以把t写成上述形式,是为了表明t只与r/r0和ρBM/ρλ这类相对数有关,这样,就可统一用式(31)对泡沫结构中大小和“发育”程度不同的泡在膨胀过程中的动力学参数进行计算。

式(31)通过置换和运算,可变形为

需说明的是,式(31)和式(32)仅适用于满足式(26)的膨胀阶段。

根据宇宙均匀和各向同性的假设,我们取t=0时泡的总密度ρB0为总星系现在的总密度ρ0≈ρc=1.88h2×10-26 kg·m-3,取t=0时泡的膨胀率HB0为哈勃常数H0=100h km·s-1·Mpc-1。其中h为测量H0时带来的不确定系数,h=0.5—0.8。根据现在对“哈勃距离cH${}_0^{-1}$为137亿光年的推断,取h=0.714,据此可算得ρB0=ρ0=ρc=9.6×10-27 kg·m-3,HB0=H0=2.314×10-18 s-1。另外,总星系现在公认的ρM与ρλ之比大致为0.25/0.75,我们也假定泡在t=0时的ρBMO与ρλ也符合此比例。由此可算得ρBMO=ρM=2.4×10-27 kg·m-3,ρλ=7.2×10-27 kg·m-3。有了这些基础数据之后,就可以利用上面的一些公式和关系,估算出泡在膨胀过程中各时间点的一些参数,如表1所示。

现在拟对表1所列数据作如下说明:

(1)这些数据只与时间点的选择有关,而与泡在t=0(对应于ρBM0=1/3ρλ=2.4×10-27 kg·m-3 )时的半径r0无关。比方说,无论r0是25 Mpc还是10 Mpc,均在t=t4=-6.246×109a(即62.46亿年前)达到ρBM2=2ρλ的减速与加速膨胀的转折点。

(2)从比速度$\dot{r}/r{}_0$可看出,在加速膨胀过程中,变化幅度不大。在62.46亿年间仅增大12.2%。这说明加速度很小,但有逐渐加大的趋势。

(3)对于一个半径r0=25 Mpc=7.715×1020 km的巨泡,由表中数据可算出其边缘处的膨胀速度$\dot{r}{}_0=1.785\times 10{}^3$km·s-1;虽然不算小,但仅为光速的0.6%。说明按牛顿近似处理是可以的。

(4)从HB和$\dot{{\rm H}}$B的变化趋势来看,膨胀率是逐渐衰减的,但衰减的速率在逐渐变慢。

(5)由于在膨胀过程中不同的时间有不同的膨胀率,又由于诸泡中心到观测点也会因距离不同而有不同的到达时间;所以在膨胀率HB的测量上会存在差异。这可能是在测定哈勃常数——总星系的膨胀率H0时,存在着某种不确定性(用系数h表示)的一个重要原因。

4 讨论

4.1 关于数学框架与膨胀/收缩的密度判据

对一受引力支配的系统而言,无论是膨胀还是收缩,都是其内部自作用总引力势能降低的一种表现。但在爱因斯坦引力理论——广义相对论的数学家框架下,无法用一个标量去反映此系统的自作用总引力势能。而在牛顿引力理论的数学框架下,可以做到这点。根据现代宇宙学的观测,总星系中,绝大部分的物质都是非相对论性的,而且总星系三维空间虽局部有弯曲,但总体上是平直或准平直的欧几里德空间,所以牛顿引力理论的数学框架还是可用的。但我们并不是拿过来简单的用,而是要在密度中加上一个由宇宙学因子定义的常数密度——等效真空能密度。因此,引力场的源有两种,一种是在系统膨胀或收缩过程中,总量不变而密度可变的物质。另一种是在系统膨胀或收缩过程中,密度不变而总量可变的真空能。二者的这种差异,就决定了前者主吸引,后者主排斥。实际上,式(3)中的M既含有前者,又含有后者;故系统的状态是收缩还是膨胀,则由吸引与排斥二者竞争的结果决定。前者占优,系统收缩;后者占优,系统膨胀。界定何者占优,就构成了本文得到的膨胀/收缩密度判据的内容。此判据非常重要,是本文立论的基础。由于实际情况比较复杂,各处ρM/ρλ的比值差别很大,有的地方小于5,有的地方大于5。所以有的地方在膨胀,有的地方在收缩、结团或融合。例如银河系和仙女座星系正在彼此相向运动,大有碰撞、融合之势。 这一点是现在流行的宇宙大爆炸理论难以解释的。而用上述判据来计算,ρM/ρλ远大于5,二者之间的引力相互作用以吸引为主,故二者相互靠近。对此问题的计算和讨论,将另文述及。

4.2 关于加速/减速的密度判据和转折点估算

尽管本文所用的数学框架与广义相对论不同,但在物质质量守恒的条件下(即压强的贡献可以忽略),可以得到相同的加速与减速的密度判据:即当泡中的物质密度与等效真空密度之比ρBM/ρλ大于2时减速膨胀,小于2时加速膨胀,等于2则是由减速到加速的转折点。膨胀之所以由减速到加速,是因为在膨胀过程中,导致膨胀的等效真空能密度没有变化,而制约膨胀的物质密度却变得越来越小。如果取h=0.714, ρBM0/ρλ =0.25/0.75。用式(31)算得减速/加速转折点的时间在62.46亿年前。如果根据文献[5]提供的数据,取h=0.64,ρBM0/ρλ=0.35/0.65,用式(31)算得转折点的时间在57.74亿年前。国外在1998年第一次发现总星系正在加速膨胀后,人们进行了测算,得出的结论是:约在60亿年前由减速转为加速[6]。注意,本文讨论的膨胀主体是总星系泡沫结构中的泡。如果我们讨论膨胀主体是总星系本身,也可用数学形式相同的公式来计算。只不过将式(31)中的泡半径r改为总星系尺度因子R,将泡中物质密度ρBM0改为总星系的物质密度ρM0。若取h=0.714, ρM0/ρλ=0.25/0.75,算得转折点也在62.46亿年前。若取h=0.64, ρM0/ρλ=0.35/0.65,算得转折点也在57.74亿年前。这两个数都与国外用其他方法测算的60亿年前这个大约数接近。

4.3 关于膨胀与泡沫结构形成的内在动因

现在流行的观点认为,总星系膨胀是大爆炸的结果,大爆炸是总星系膨胀的第一推动力,并且这种膨胀具有整体性特征。本文的观点是,即使没有大爆炸,任何局部空间的引力相互作用系统,因物质密度涨落导致的自引力不稳定,也必然演变为该系统的膨胀。这种膨胀不靠外力推动,而是真空能排斥物质的结果。所以是一种“自我”膨胀。总星系的膨胀是各个局部系统“自我”膨胀叠加的效应。需指出的是,大爆炸理论开始并没考虑真空能的排斥作用,只是在发现膨胀加速而无法解释该现象以后,才不得不考虑这个作用。也就是说,人们把爱因斯坦在他的引力场方程中一度引入、而后又抛弃的宇宙学常数,重新拾了回来。

如所周知,在多晶体金属缓慢结晶过程中,金属中的杂质原子大多分布在晶界。在泡膨胀过程中,物质也大多数分布在空洞的边界。这两个似不相干的现象,却体现了一个共同的自然趋势——体系内部自作用势能降低的自然趋势。不同的是,前者是电磁自作用势能,后者是引力自作用势能。物质吸引物质和真空能排斥物质,是在总星系膨胀和泡沫结构形成过程 中两个缺一不可的环节。这两个环节虽有不同,但都是上述自然趋势的体现。因此总星系膨胀和泡沫结构的形成, 是有内在动因的,因而也是必然的。

摘要：试图表明如将与宇宙常数有关的真空能考虑在内,就可利用牛顿力学的数学框架,将引力相互作用分为三个类型和两种表现如下:物质对物质——吸引,物质对真空——排斥,真空对真空——排斥。据此,得出了鉴别天体系统是处于膨胀状态还是处于收缩状态的一个判据。然后讨论了引力相互作用的三个类型和两种表现在总星系泡沫结构形成中的作用。认为真空能量(暗能量)扮演了起泡剂的角色。最后导出了泡膨胀的动力学方程,并对有关参数和问题进行了估计和讨论。

关键词：引力相互作用,真空能,总星系,膨胀,泡沫结构

参考文献

[1]阿尔伯特.爱因斯坦.根据广义相对论对宇宙学的考察.见:范岱年、赵中立、许良英,译.爱因斯坦文集第二卷.北京:商务印书馆,1983:351—363

[2]李宗伟,肖兴华.天体物理学.北京:高等教育出版社.2001;165

[3]张德荣.引力相互作用的三个类型与总星系的泡沫结构.沈阳航空工业学院学报,2007;24(3):74—77

[4]俞允强.物理宇宙学讲义.北京:北京大学出版社,2002:84—103

[5]俞允强.热大爆炸宇宙学.北京:北京大学出版社,2001:44—47

泡沫膨胀 篇4

石膏作为一种胶凝材料, 应用于建筑装饰、节能等方面具有许多的优势。首先, 我国天然石膏储量丰富, 居世界首位, 同时, 工业副产石膏产量巨大, 材料源有足够的保障;其次, 水泥、石灰、石膏是传统的三大胶凝材料, 前两者在生产过程中会排放大量的CO2, 而生产熟石膏是将二水石膏焙烧成半水石膏, 排放的是水, 且每公斤熟石膏耗能仅为920~1 464k J, 是水泥生产耗能的1/4, 是石灰生产耗能的1/3;再次, 石膏制备的保温材料生产能耗低、防火性能好、导热系数小、装饰效果好、对环境无污染等, 既是理想的健康绿色建筑保温材料, 也符合我国的节能政策和可持续发展的方针[1,2,3]。同时, 聚苯乙烯颗粒[8,9,10,11]有保温隔热性、稳定性、抗裂性好的特点, 而且EPS的吸水率小、容重轻、价格便宜, 现在它其中最重要的一个应用领域就是用作建筑外墙保温材料。膨胀珍珠岩[15,16,17]具有质量轻、无毒害、隔热性能好、抗蚀、不燃等优良的物理化学特性以及使用成本低廉的特点, 被制成各种形状的保温制品。

从环境保护和资源综合利用出发, 以聚苯乙烯颗粒和膨胀珍珠岩为轻骨料[4,7], 石膏作为胶结材料, 通过添加聚羧酸高性能减水剂来调整加水量, 制备出具有良好保温隔热性能的石膏基材料。

1 实验

1.1 原材料

石膏:β型半水石膏。

聚苯乙烯颗粒:废弃的聚苯乙烯泡沫板经人工粉碎成聚苯乙烯泡沫颗粒, 其颗粒粒径:3~5mm, 堆积密度:2.8kg/m3。

膨胀珍珠岩:颗粒大约2~5mm, 堆积密度82.36kg/m3。

减水剂:聚羧酸高性能减水剂

1.2 试验方案及流程

制备石膏基保温材料的具体实验方案:

(1) 石膏1500g, EPS颗粒掺入量:0%;0.05%;0.1%;0.15%;0.2%;0.25%;0.3%;0.35%;0.4%, 聚羧酸高性能减水剂1%, 水膏比28%;

(2) 石膏1 500g, 膨胀珍珠岩掺入量:0;3%;4%;5%, 聚羧酸高性能减水剂0.75%, 水膏比33.5%

按照上述两组实验方案的配合比制备试块, 通过电热恒温干燥箱养护试块至绝干状态, 测试其表观密度、抗压强度及导热系数等物理力学性能。

试验流程详见图1。

1.3 试样制备

按照实验方案的配合比分别称取所需的聚苯乙烯泡沫/膨胀珍珠岩、建筑石膏、聚羧酸高性能减水剂以及水, 首先将聚羧酸高性能减水剂倒入盛有水的人工拌合用搅拌锅中, 使其在水中充分分解, 然后倒入石膏, 快速搅拌1min使其搅拌均匀, 最后倒入聚苯乙烯泡沫/膨胀珍珠岩, 充分搅拌, 使聚苯乙烯泡沫/膨胀珍珠岩与石膏浆体充分粘合。将复合石膏浆体添加到石膏砌块模具中 (模具尺寸为70.7mm×70.7mm×70.7mm, 类型为钢模) , 先添加1/2浆体, 抬起模具一边离地面约1cm高度轻轻震动, 使料浆中的气泡破裂从而使其能够更均匀的粘合, 然后添加剩余部分, 使料浆充满模具, 再次轻轻震动, 然后用刮刀将砌块表面刮平, 静置大约2h, 脱模, 编号, 随后将砌块放入电热恒温干燥箱, 将温度调至40℃进行养护直至绝对干燥, 测试其抗压强度、导热系数等性能。

2 结果与讨论

2.1 聚苯乙烯泡沫掺量对石膏砌块物理性能的影响

由图2可知:随着聚苯乙烯泡沫掺入量从0逐渐增加到0.4%, 其在试件中的体积增大, 聚苯乙烯泡沫石膏试块的表观密度、抗压强度以及导热系数都逐渐降低, 其中抗压强度在聚苯乙烯泡沫掺入量在0~0.2%之间下降幅度较大, 在0.2%~0.4%之间降幅变缓, 石膏试块的导热系数和密度的关系如图2所示, 表观密度的下降幅度较为平缓 (由于聚苯乙烯泡沫掺入量的变化量相同) , 其导热系数的下降趋势也比较平缓。当聚苯乙烯泡沫掺量为0.4%时, 聚苯乙烯石膏基试块的表观密度下降到796kg/m3, 其抗压强度为0.566MPa, 导热系数为0.059W/ (m.K) , 符合石膏抗压强度标准, 且具有良好的保温性能。

此石膏保温试块的强度主要是是由于石膏的固化产生的, 随着EPS颗粒掺量的增加, 其在试件中的体积增大, 表观密度减小。同时随着EPS颗粒掺量的增加, 导致石膏浆体所占体积量减少, 相应的胶结组分减少, EPS颗粒在基体内产生大量的有害孔径, 导致材料的抗压强度下降, 甚至出现“掉渣”现象。由于聚苯乙烯泡沫具有很好的保温隔热性能, 其填充在石膏浆体中, 就相当于石膏试块中产生了大量的孔洞, 此时热交换的方式仅为导热, 没有热交换, 随着试块中聚苯乙烯颗粒的增加, 其导热系数变小, 使其具有很好的保温隔热性能, 且石膏浆体硬化后会有良好的防火性。另外注意到在测试抗压强度的加压过程中, 聚苯乙烯石膏试件变形较大, 显示出良好的韧性, 即使在试件发生破坏时, 其破坏过程也是逐渐变化的, 这表明聚苯乙烯石膏基材料具有优异的减振吸能作用。

2.2 膨胀珍珠岩掺量对复合石膏物理性能的影响

由图3可知, 随着膨胀珍珠岩掺入量的增加, 膨胀珍珠岩石膏砌块的表观密度、抗压强度以及导热系数都呈下降的趋势。由于膨胀珍珠岩掺入量一次加到3%的增加量比较大, 所以第一段的表观密度、抗压强度以及导热系数的下降幅度相对比较大。总体来说, 随着膨胀珍珠岩的掺入量增加, 膨胀珍珠岩石膏砌块的抗压强度均匀降低, 导热系数的下降趋势也比较平缓。由图3可知, 表观密度和抗压强度以及导热系数成正比的关系, 说明复合保温石膏中膨胀珍珠岩掺入量越大, 表观密度越小, 抗压强度越低, 而其保温性能越好。

膨胀珍珠岩的密度远大于聚苯乙烯泡沫, 所以需要参加大掺量的膨胀珍珠岩以保证保温石膏的轻量化, 由图3可知, 掺加5%的膨胀珍珠岩在降低其密度的同时仍能保证一定的抗压强度, 并且具有很好的保温隔热性能。

2.3 聚羧酸减水剂对石膏砌块物理性能的影响

由图4可知, 随着聚羧酸减水剂掺量增加, 石膏砌块的拌合用水量明显减小, 其表观密度和抗压强度也随之增大。这是因为聚羧酸高性能减水剂的分散作用和分散性保持能力明显优于传统高效减水剂, 其为聚氧乙烯接枝的多羧酸聚合物, 带有较多支链, 吸附时, 主链通过羧基与钙离子作用“锚固”在石膏表面。而支链则伸展出来, 减水剂分子在石膏颗粒界面呈立体分布, 对颗粒间聚集产生空间阻碍作用, 空间位阻效应受石膏水化影响较小, 其分散稳定性较好, 宏观上表现为石膏浆体的流动性的到长时间的维持。由此可得, 聚羧酸高性能减水剂在减少用水量的同时虽然对其轻质性有较大的影响, 但为了使石膏试块的抗压强度得到提升以保证其安全性, 需要添加一定量的聚羧酸高性能减水剂。

2.4 轻质保温石膏砌块宏观结构分析

图5中1图表示纯石膏试块的断面结构, 2图表示添加0.4%聚苯乙烯泡沫的复合石膏砌块的断面结构, 3图表示添加5%膨胀珍珠岩的复合石膏砌块的断面结构。

由图5可知, 纯石膏砌块的断面结构相对最致密。聚苯乙烯泡沫石膏砌块相比于膨胀珍珠岩石膏砌块, 其断面结构显示出聚苯乙烯泡沫与石膏浆体的结合度没有膨胀珍珠岩的高, 原因是:试验中所用的聚苯乙烯泡沫是粒径较大的球形状, 其质轻且表面憎水, 在振捣过程中与石膏浆体界面粘结力弱, 而膨胀珍珠岩是粒径较小的米粒状, 其吸水性高, 以及膨胀珍珠岩在购买运输过程中产生一定量的细粉, 由于这些原因造成膨胀珍珠岩石膏砌块的断面结构相于聚苯乙烯泡沫石膏试块较致密, 结合度高。

3 结论

(1) 聚苯乙烯泡沫掺量为0.4%时, 可使石膏保温试块的表观密度下降到796kg/m3, 其抗压强度为0.566MPa, 导热系数为0.059W/ (m.K) , 符合石膏抗压强度标准, 且具有良好的保温性能。

(2) 膨胀珍珠岩掺量为5%时, 可使石膏保温试块的表观密度下降到1 265kg/m3, 抗压强度为2.598MPa, 导热系数为0.064W/ (m.K) , 具有相对较高的抗压强度和良好的保温性能。与聚苯乙烯泡沫相比, 掺珍珠岩的石膏试块的强度较高, 但表观密度也较大。