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周坚红移定律的理论基础 作品名称：周坚论文集 作 者：周坚 论文编号：周坚论文1102 发布时间：2011年3月28日
摘要 周坚红移定律的出现，为我们带来了许多引人入胜的新视野，无论如何，应用它来解读一切宇宙观测现象的时候自始至终都拒绝一切假设，而这一切的一切都隐含在它的数学、物理学和宇宙学的理论基础之中，它隐含着非常深远的实际意义。 关键词 周坚红移定律 理论基础 1 简介 1914年，斯里弗（Slipher）发现几乎所有星系光谱中的特征谱线都系统地朝红端偏移[1]，1917年发表论文报告洛厄尔天文台24英寸望远镜得到的25颗漩涡星系的光谱观测结果，到1929年，哈勃（Hubble）在已经积累的若干已测得速度的星系的距离数据基础上，研究了星系距离与红移之间的关系，从中发现距离与红移成正比的哈勃定律[2]。有意思的事情从这里开始[3]，当时哈勃在数据极其匮乏的情况下导出速度-距离关系式是及其无奈的选择，其目的是要用星系的速度去导出太阳系相对河外星系的本地静止标准的速度，因此在他的论文中根本就没有写下如今我们常用的哈勃定律υ=H0r。但是，目前我们人类就是应用这个将红移解读为多普勒效应产生的结果转换成速度与距离成正比的关系式推论宇宙正在膨胀，并且一直预期宇宙是在减速膨胀[4]。然而，时隔70年后的1998年，戏剧性的观测结果出现了，里斯（Riess）和珀尔马特（Perlmutter）分别领导的两个独立小组利用不同的分析技术和不同的高红移超新星观测样本进行研究获得“宇宙正在加速膨胀而非减速”的结论[5，6]，从此打破之前一直预期宇宙应该减速膨胀的结果，回过头来我们仔细看看就知道，他们获得宇宙正在加速膨胀结论所应用的哈勃定律仍然是υ=H0r关系式，哈勃本意的关系式r=H0z几乎已经忘记了。或许是天意，又时隔10之后的2008年，土生土长的中国人周坚从新审视这个宇宙正在加速膨胀现象，通过一定的简化处理，从中发现产生这种现象的物理源头——基于宇宙加速膨胀的红移公式，就是这个基于宇宙加速膨胀的红移公式贯穿了我们所能观测到的宇宙变速膨胀的始终[7]。2009年，周坚大胆应用这个基于宇宙加速膨胀的红移公式提出用代数解宇宙的理论，解析宇宙学相继诞生[8],从此周坚红移定律进入了我们人类的视线[9，10]。本文从数学、物理学和宇宙学三方面来进一步说明周坚红移定律的理论基础和隐含的实际意义。 2 周坚红移定律的描述 周坚红移定律描述的是光（电磁辐射）在传播过程中的传播距离随宇宙学红移变化而变化的自然规律，即：光（电磁辐射）的传播距离r与宇宙学红移z成正比，与宇宙学红移z加1的和成反比，其中有一个为α的比例常数，称之为宇宙学红移常数，其数学表达式是：  （1）其中，r是单位为Mpc的光（电磁辐射）的传播距离，z是宇宙学红移，α是宇宙学红移常数，即α=0.000236830508 /Mpc，而在宇宙学红移很小很小的情况下，周坚红移定律就演变为：
 （2）其中，c是单位为km/s的光速，H0是单位为km/s/Mpc的哈勃常数，这就是哈勃发现的距离与红移成正比的著名哈勃定律，很明显，这里所指的红移是由光（电磁辐射）传播特殊行为，称之为周坚效应引起的宇宙学红移，而不是由光源的相对运动的多普勒效应引起的多普勒红移。而所谓周坚效应就是一种宇宙的系统性效应，是光(电磁辐射)在传输过程中的传输波长随传播距离的增大而相应增大的自然现象，其变化规律完全服从周坚红移定律。 3 周坚红移定律的微分 依据导数的定义，设周坚红移定律（1）当自变量在距离r处有一改变量dr时，宇宙学红移z相应地也有一改变量dz，则周坚红移定律就有如下微分关系式：
 （3）其中，z＇(r)是周坚红移定律（1）式在距离r处的导数。 由（1）式整理：
 （4）现对（4）式求导：
 （5）将（5）式代入（3）式，由此获得周坚红移定律的微分方程为：
 （6）依据导数的几何意义，函数z（r）的导数z＇(r)是函数z= z（r）表示的曲线在点r处切线的斜率。 现在我们来分析两种极端情况： A）当距离r很小时，由于宇宙学红移常数α=0.000236830508 /Mpc，其数值非常小，因此（6）式就存在如下近似关系式：
 （7）可见它在点r处切线的斜率近似是一个常数α。 B）当距离r大到趋向于1/α时，由于（1-αr）趋向于0，因此（6）式就存在如下近似关系式：
 （8）可见它在点r趋向1/α处切线的斜率是趋向一个无穷大（∞）的数。 4 周坚红移定律的直接物理解释 周坚红移定律的直接物理解释就是，光（电磁辐射）只要传播一定距离就必然有它的传输波长向长波方向产生相应的位移，这种现象其实就是一种光（电磁辐射）在传播中的一种自然效应，为区别于多普勒效应，笔者将它命名为周坚效应。 依据周坚红移定律的微分，这个自然效应就具有这样的特征，即光（电磁辐射）在传播过程中波长变长的红移随传播距离的变化而变化，其它的单位距离变化量并不是一成不变的，而是随传播距离的增大而增大，但当传播距离r相当有限（很小）的情况下，它近似是一个为α的常数，当传播距离r趋向1/α的情况下，它就趋向于无穷大，这就是光（电磁辐射）的一个传播特性，而它的另一个传播特征就是传播速度不变。至此，我们就发现当光（电磁辐射）在传播过程中波长变长的红移随传播距离的变化而变化的单位距离变化量达到无穷大的时候就存在一个极限距离，因此我们要问这个极限传播距离是多少呢？（8）式告诉我们，光（电磁辐射）传播的极限距离是1/α=1/0.000236830508 =4222.4289859155 Mpc，转换成光年就是137.7198086257亿光年，这是与目前主流理论认识的最大区别，主流理论始终认为光（电磁辐射）在真空中的传播距离是无限的。 5 周坚红移定律的宇宙学意义 基于周坚红移定律的直接物理解释，将光（电磁辐射）只要传播一定距离其传输的波长就必然会向长波方向产生相应位移的红移现象放在对整个宇宙进行观测中进行考量，这种红移现象就是宇宙的系统性红移现象，通常称之为宇宙学红移，这就是周坚红移定律的宇宙学意义。 为直观反映周坚红移定律的宇宙学意义，我们以宇宙学红移z的对数为纵坐标，以天体距离r的对数为横坐标作图就获得如图1所示的周坚红移定律的宇宙学意义示意图，从中我们可以直观地看到宇宙学红移z与天体距离r的对应关系，为区别其它红移，图中将“z”变更为“zz”来表示宇宙学红移，为获得与哈勃定律比较的直观结果，图中用虚线来表示哈勃定律关系线。
至此，我们很清楚地看到： 1：宇宙学红移zz的大小直接与天体距离r的远近有关，距离越远，相对观测者观测到的宇宙学红移就越大； 2：当天体距离r相当有限（很小）的情况下，宇宙学红移zz随距离r变化而变化的单位变化量Δzz /Δr近似是一个为α的常数，这是1929年哈勃能够发现星系距离与红移成正比的著名哈勃定律的理论根基； 3：当天体距离r远到一定程度以后，宇宙学红移zz随距离r变化而变化的单位变化量Δzz /Δr将随距离的增大而加速增大，这是1998年的里斯（Riess）和珀尔马特（Perlmutter）分别领导的两个小组能够发现宇宙正在加速膨胀的理论根基； 4：当天体距离r趋向1/α的情况下，宇宙学红移zz随距离r变化而变化的单位变化量Δzz /Δr将趋向于无穷大，以至于相对观测者对宇宙进行观测出现了始终有限的范围，这是我们目前始终总是认为宇宙是有限的根本原因，诸不知大于这个1/α距离的天体，无论它是什么类型的天体，它们虽然相对观测者所不能观测到，但它们是不以观测者是否观测到与否而始终存在在那里； 5：相对观测者所能观测到的宇宙始终是以观测者自己为球心的一个球半径有限的宇宙球形体，这个有限的宇宙球形体的极限球半径是1/α=1/0.000236830508=4222.4289859155 Mpc，转换成光年就是137.7198086257亿光年，这就是相对观测者所能观测到的称之为可观测宇宙的有限宇宙，而相对观测者所不能观测到的称之为不可观测宇宙的宇宙，它仍然存在在那里，它仍然是宇宙，宇宙是无限的。 至此，我们终于明白了相对观测者所能观测到的所谓有限宇宙的一切现象就是这个光（电磁辐射）的物理传播特性（周坚效应）所决定的，这就是周坚红移定律的宇宙学意义。 6 结论 我们人类真正将宇宙看作一个整体来研究已经有整整一个世纪了，虽然目前大爆炸宇宙学是主流理论，但在诸多宇宙深处的观测事实面前已经暴露出很大问题，归根结底就是将距离与红移成正比的哈勃定律简单地理解为多普勒效应产生的结果，随之而来的当然是宇宙均匀膨胀的结论，但无论如何也不可能出现宇宙加速膨胀的观测现象，但时隔70年后的1998年我们就是发现了这种宇宙正在加速膨胀的观测现象，若在当初哈勃就知道宇宙存在加速膨胀现象的话，他无论如何也不会简单地将它解读为多普勒效应产生的结果。 看！宇宙学理论研究的先驱者爱因斯坦在研究过程中出现了抛硬币现象，在他的方程中是否应该加一个称之为宇宙常数出现了艰难的选择，然而通过抛硬币的随机选择方法，他选择了放弃这个宇宙常数，这是多么伟大的放弃呀，但遗憾的是哈勃随后发现了宇宙膨胀，致使他后悔放弃了这个宇宙常数，深叹这是他“一生中最大的错误”，看来上帝真的是不希望我们人类真正了解它，致使今天在错误的选择中迎来了挥之不去的两朵“乌云”，这种“暗能量”和“暗物质”存在的假设正在通过宇宙海市蜃楼的所谓观测事实人为地获得验证。真是的，只要一假设，海市蜃楼也是楼，它就能将我们人类忽悠了。看！假设在宇宙大爆炸创生宇宙的同时出现暴涨过程，暴涨宇宙学根本就不和你讲什么理由，只要能将宇宙活生生地迅速抹平符合我们人类所观测到的宇宙就行，若再观测到新的宇宙自然现象我们就再进行假设，这不，在1998年发现宇宙正在加速膨胀之后，我们人类不是又假设出“暗能量”和“暗物质”这即看不见又莫不着的不存在的存在了吗，真是“乌云”压顶呀！压的都喘不过气来了，难受的连什么“虫洞”、“白洞”，还有什么“时间机器”等等都冒出来了，现在我们通过进一步地研究宇宙微波背景辐射（CMB）全天图，那怪怪的圈圈似乎暗示在宇宙大爆炸创生之前就存在宇宙事件[11]，现在就看我们人类又该如何假设了，其实已经有人在假设了，那五花八门的假设随你去假设吧，但宇宙是不以人们的假设而存在的，这就是我们赖以生存的宇宙事实。 | 
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发表于 2011-3-28 07:43:46
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