文档介绍：宇宙膨胀的数学逻辑
作品名称:周坚论文集
作者:周坚
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论文编号:周坚论文1105
发布时间:2011年7月25日
摘要周坚红移定律的发现,为我们带来许多引人入胜的新视野,无论如何,应用它来重新研究一下宇宙膨胀的问题是非常有必要的,宇宙大爆炸的秘密,或者说是宇宙膨胀的秘密就隐含在这个新发现的周坚红移定律同样作相对论多普勒效应解读的数学、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,意味着所谓的宇宙膨胀遵循严谨的数学逻辑,更意味着我们人类能够应用数学手段来解决宇宙问题。
关键词周坚红移定律理论基础宇宙膨胀数学逻辑
1 简介
1914年,美国天文学家斯莱弗(Slipher)发现河外星系光谱线存在系统性地向红端移动,即红移随星系距离的增加而增大,但也有少数近距离星系除外
[1]。1929内,美国天文学家哈勃(Hubble)发现河外星系的视向退行速度与距离成正比,这就是著名的哈勃定律[2]。目前公认,对于正常星系,这个距离与退行视向速度成正比,或者说与红移成正比的哈勃定律基本上是创立的。然而,时隔70年后1998年,里斯(Riess)和珀尔马特(Perlmutter)分别领导的两个独立小组研究遥远的高红移Ia超新星获得证据发现宇宙正在加速膨胀而非减速[3,4],这完全偏离哈勃定律的预期结果。至此,人们在顺势思维的驱使下很自然地想到是“暗能量”和“暗物质”的存在导致这种宇宙正在加速膨胀现象发生,就在美国宇航局(NASA)发布于2003年发射的WMAP卫星一年观测数据,我们人类为迎来精确宇宙学到来而沾沾自喜的时候[5],2008年,值得骄傲和自豪的6月29日,中国宇宙学家周坚竟然没有沉静在这种喜悦之中,他重新审视这些具有历史意义的研究成果,从中离奇般地竟然发现了一个振奋人心的自然规律——周坚红移定律,并通过它的具体应用创立了解析宇宙学新理论[6],周坚红移定律和解析宇宙学从此进入了人们的视线[7,8]。
正是由于周坚红移定律的发现才导致解析宇宙学这个新理论的诞生,它让我们看到了一丝揭开宇宙那神秘面纱的希望,将周坚红移定律同样作相对论多普勒效应解读竟然出现描述宇宙膨胀的完整数学表达式,宇宙膨胀的内涵竟然隐藏在它那严谨的数学逻辑之中。
本文详细论述应用各种数学逻辑手法来解决宇宙膨胀问题的完整过程。
2 周坚红移定律[9]
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= /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(为区别于多普勒效应而定义)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这种宇宙的系统性效应,即光(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 相对论多普勒公式
我们知道,哈勃定律的直接应用要求红移不能大于1,否则它的退行视向速度就会超过光速,为此,在红移很大的情况下就需要对它进行相对论修正,即使用如下的相对论公式[10,11]:
(3)
式中,υ是天体的退行速度,单位是km/s,是光速,c=×105 km/s,z是天体的红移量。
4 基于周坚红移定律的宇宙膨胀速度
按照标准宇宙模型理论,现在的宇宙在不断地膨胀,使得在宇宙中的任何天体之间的距离都随着时间的流失而增大,而增大的程度用单位时间的距离增量来度量,简称宇宙膨胀速度,单位是km/s。但在实际应用中,如果我们直接将天体的红移按照多普勒效应来解读,那么在小红移情况下与实际观测是基本吻合的,但在大红移情况下就脱离了实际观测结果,此时我们就不得不应用相对论多普勒效应来解读才能获得与实际观测结果相吻合的情况。因此,我们将周坚红移定律(1)代入相对论多普勒公式(3)削去红移z,由此就获得如下宇宙膨胀速度关系式:
(4)
式中,是周坚红移定律同样作相对论多普勒效应解释时的宇宙膨胀速度,单位是km/s, 是光速,c=,是宇宙学红移常数,即=