光线变光点：解析天文学理论之魂/解析天文学网络公开课第40讲

光线变光点：解析天文学理论之魂

解析天文学网络公开课第40讲

周坚/2015年9月15日

解析天文学网络公开课自开讲以来虽然已经讲解了39讲，但作为解析天文学创始人思前想后，总觉得没有讲到点子上，解析天文学理论之魂简单而言就在于将光线变光点，将光传播现象变点运动过程。那么，解析天文学是如何实现光线变光点的呢？在这一讲中，我们就讲一讲解析天文学是如何巧妙地实现光线变光点的，这会让我们更加深刻地领会解析天文学理论之魂，为我们更早更好地应用解析天文学理论来解决天文问题打下坚实的理论基础。

一、光

1.1、光的概念

我们知道，光是一种人类眼睛可以看见（接受）的电磁波（可见光谱）。在科学上的定义，光是泛指所有的电磁波。光是由一种称为光子的基本粒子组成。具有粒子性与波动性，或称为波粒二象性。

1.2、光的产生

我们知道，光的产生离不开光源，而光源就是能发出一定波长范围的电磁波（包括可见光与紫外线、红外线、X光线等不可见光）的物体。

1.3、光的速度

我们知道，光可以在真空、空气、水等透明的介质中传播。就光的速度而言，真空中的光速是宇宙中已知最快的速度，在物理学中用c表示光在真空中1s能传播299792458m，即真空中的光速c=2.99792458×108m/s，在解析天文学中表示光在真空中1年能传播1光年，即真空中的光速c=1光年/年。

1.4、光的传播规律

我们知道，光在同种介质中沿直线传播。小孔成像、日食和月食还有影子的形成都证明了这一事实。

解析天文学诞生后，我们还知道，光在同种介质中沿直线传播的路程有限，而在宇宙空间中传播距离的极限值是1.302905631285×1026m，即1.37719808625685×1010ly(光年)，夜空黑暗就证明了在宇宙空间中的光传播距离有限这一事实。

二、点

2.1、点的概念

我们知道，点是与其它对比物相比可以忽略的形，它没有部分，而一条线的两端就是点，因此，一个点就是一个零维度对象。

2.2、在几何学中的点

在几何学中，一个空间中的点用于描述给定空间中一种特别的对象， 在空间中有类似于体积、面积、长度、或其他高维类似物。

三、光线变光点

现在，我们已经了解了光和点的概念，那么，我们如何将光变成点呢？

3.1、光线与光点

一条光线，比如激光，无论它传播多么遥远，只要我们忽略了它的形，它的两端至始至终就是一个零维度对象——点，我们称之为光点。同样道理，从一条光线中任意截出一段光线，只要我们忽略了它的形，它的两端至始至终同样就是一个零维度对象——点，我们同样称之为光点，这是绝对正确无误的。

我们知道，光在真空中以每秒30万千米的光速在传播，因此，在1秒的时间内，光能够传播30万千米，那么这30万千米光线的两端，在忽略了它的形之后，它的两端至始至终就是一个零维度对象——光点。由此可见，光线无非就是光点运动的轨迹。

3.2、光点的定义

我们知道，点是与其它对比物相比可以忽略的形，说白了这个形就是一个零维度对象。那么，我们该如何定义光点呢？其实，只要我们将任意一段光线的两端忽略它的形，那么它就变成了一个零维度对象，而这个零维度对象就是光点。

3.3、光点的命名

我们以光从光源发出的第1秒时间内传播30万千米的光线为例，这光线的两端就是光点，但这两个光点绝对是具有不同含义的光点，即光源端的光点至始至终都是排列在最前面的光点，因此，我们将光源端的光点称之为0时刻光点，简称0时刻光，而相对光源的另一端，即传播了1秒之后所到达端的光点称之为1秒时刻光点，简称1秒时刻光，依此类推，传播了2秒之后所到达端的光点称之为2秒时刻光点，简称2秒时刻光，等等，就宇宙中的光传播现象来说，以秒为单位的时刻光应用起来非常不方便，而应该使用以年为单位的时刻光，即传播了1年之后所到达端的光点称之为1年时刻光，传播了2年之后所到达端的光点称之为2年时刻光，依此类推，等等。

四、在解析天文学中的光线与光点

4.1、在解析天文学中的光线

在解析天文学中，光线至始至终都是从自身发光天体（光源）向宇宙空间四面八方发出的一种特定的电磁辐射。

4.2、在解析天文学中的光点

在解析天文学中，一个光点至始至终用于描述从自身发光天体（光源）向宇宙空间四面八方发出任意时刻的任意一种特定电磁辐射。

4.3、在解析天文学中的光点函数

一个光点既然是至始至终用于描述从自身发光天体（光源）向宇宙空间四面八方发出任意时刻的任意一种特定电磁辐射，那么我们该如何描述呢？函数！在解析天文学中，一个光点我们可以用一个函数来表达，即：

其中：r为光传播距离，单位为光年；t为光传播到距离为r端的光点，简称为t时刻光，单位为年，即t年时刻光；T0=13,771,980,862.5685年是光传播的时间常数，其物理意义为一个从自身发光天体（光源）发出的光在宇宙空间中传播的极限时间；Z0=13,771,980,862.5685光年是光传播的距离常数，在解析天文学中称之为周坚常数，其物理意义为一个从自身发光天体（光源）发出的光在宇宙空间中传播的极限距离。这就是解析天文学中的光点函数。

4.4、在解析天文学中的光点特征

光从光源发出传播到距离为r端就对应一个光点，按光传播时刻间隔排序就对应一个光传播时刻，称之为t时刻光，它到底具有怎样的光点特征呢？在解析天文学中确认，光传播一定距离就会发生一定量的红移，这是笔者基于高红移Ia超新星哈勃图的最佳理论曲线拟合于2008年6月29日发现的，为此自命名为周坚红移，用“z”加下标“z”的“zz”符号来表示，其周坚红移zz与光传播距离r的变化规律，我们就称之为周坚定律，即：

将周坚定律代入光点函数就有某一时刻光t与周坚红移zz的对应关系式：

由此可见，光从光源发出传播到任意一个时刻t的光点，称之为t时刻光的光点，其特征无论如何都是不同的，即任意一个t时刻光的光点，其红移特征都是不一样的，它们是一一对应的，我们观测到夜空诸多繁星具有不同红移特征就证明了这一事实，不过目前我们普遍认为这个红移是天体普遍退行的多普勒效应所产生的宇宙学系统性多普勒红移——宇宙学红移。