解析宇宙学的理论基础──周坚红移定律

上一篇 / 下一篇  2009-10-27 08:23:30 / 置顶(2)

解析宇宙学的理论基础是周坚红移定律，这是解析宇宙学创始人周坚从提出“滴水发电机”的幼稚想法至今近30年的探索、琢磨经历，最终基于1998年的两个研究小组研究高红移Ia超新星发现宇宙正在加速膨胀发现的，现就周坚红移定律的发现过程展示如下。

周坚红移定律是在宇宙学尺度上光（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=0.00023683 /Mpc。在宇宙学红移很小很小的情况下，周坚红移定律就演变为r=z/α=cz/H₀，这就是哈勃定律的形式，但这里所指的红移是由光（电磁辐射）传播特殊行为（光传播的这种特性一两句话说不清，为便于人们理解，就将光传播的这种性质理解为光传播的特殊行为，它传播的规律就是周坚红移定律）引起的宇宙学红移而不是由光源运动引起的多普勒红移。

周坚红移定律的发现过程请看题板1。

题板1 周坚红移定律的发现过程

题板1揭示了周坚红移定律发现的思路，说明解析宇宙学创始人不是心血来潮一拍脑袋胡思乱想想出来的，发现这个定律是有依据的。

从这个题板看出，1929年哈勃所做的观测发现宇宙正在均匀膨胀与70年后的1998年的美国劳伦斯柏克莱国家实验室（Lawrence Berkeley National Laboratory）进行的超新星宇宙学计划（Supernova Cosmology Project）与澳大利亚 Mount Stromlo 天文台的高红移超新星搜寻团队（High-Z Supernova Search Team）利用不同的分析技术和不同的高红移超新星观测样本发现宇宙正在加速膨胀都是观测宇宙所获得的结论，然而结论大不相同。都是宇宙，为什么具有不同的膨胀特性呢？这就是解析宇宙学创始人思考的问题。

带着这个问题，作为解析宇宙学的创始人经过无数个日日夜夜的琢磨，仔细观测发现宇宙正在加速膨胀的与观测结果最佳符合的模型参数Ω_M＝0.3、Ω_Λ＝0.7的宇宙模型曲线，经过无数参数拟合竟然发现该曲线对应着一个非常简单的函数，这个简单函数的表达式是：

       （2）  

式中，m-M是Ia超新星的距离模数，z是Ia超新星的观测红移，其中的α和β都是常数。只要将常数α和β调整到某个合理值时，该函数曲线就与模型参数Ω_M＝0.3、Ω_Λ＝0.7的宇宙模型曲线吻合。

功夫不负有心人，通过调整这两个常数α和β的过程中发现，当α调整到等于0.00023683 /Mpc和β调整到等于0.0014的时候，这个简单函数曲线就与模型参数Ω_M＝0.3、Ω_Λ＝0.7的宇宙模型曲线吻合，题板2是这种常数α=0.00023683 /Mpc和β=0.0014的简单函数曲线与模型参数Ω_M＝0.3、Ω_Λ＝0.7的宇宙模型曲线吻合示意图，图中实心圆点是超新星宇宙学项目样本，空心圆点是超新星巡天样本。

题板2   常数α=0.00023683 /Mpc和A=0.0014的简单函数曲线与模型参数Ω_M＝0.3、Ω_Λ＝0.7的宇宙模型曲线吻合示意图。图中实心圆点是超新星宇宙学项目样本，空心圆点是超新星巡天样本。

接下来就是仔细观察模型参数Ω_M＝0.3、Ω_Λ＝0.7的宇宙模型曲线对应的简单函数（2）。通过仔细观测发现，在简单函数（2）中存在一个公共项z/α(1+z)，它的含义是什么呢？它的含义一定是在宇宙大尺度上的某个参数与红移成正比，与红移加1的和成反比，而这个红移又不是一般意义上的红移，而是与宇宙大尺度有关的红移，是宇宙大尺度上的系统红移，基于宇宙学红移的定义，这个与宇宙大尺度有关的红移应该是宇宙学红移。

已知距离模数m-M和距离的关系为：

            （3）  

式中，m-M是距离模数，r是单位为Mpc的距离，A是消光星等。

将（2）式与（3）式进行比较发现：

1、在与宇宙大尺度有关的红移很小的时候，（3）式中的距离r就与（2）式中的公共项z/α(1+z)完全相等，即：

                 （4）  

式中，r是单位为Mpc的距离，z是与宇宙大尺度有关的红移，称之为宇宙学红移，α是比例常数，称之为宇宙学红移常数，即α=0.00023683 /Mpc。

2、在与宇宙大尺度有关的红移很大的时候，（3）式中的消光星等A就与（2）式中的公共项z/α(1+z)存在一个比例常数β，即：

                 （5）  

式中，A是消光星等，z是与宇宙大尺度有关的红移，称之为宇宙学红移，α是比例常数，称之为宇宙学红移常数，即α=0.00023683 /Mpc，β是与宇宙大尺度有关的消光常数，即β=0.0014.

随后将（4）式中的宇宙学红移常数α（ 0.00023683 /Mpc）与哈勃常数H₀（71 km/s/Mpc）进行比较发现，哈勃常数H₀（71 km/s/Mpc）除以光速c（299792.458km/s）就等于0.00023683050759 /Mpc，这个值与（2）式中的调整常数，现在称之为宇宙学红移常数α在小数点后面保留8位有效数字的情况下完全相等，这真是如此之巧合。

基于上述理由，作为解析宇宙学创始人周坚断定，在Friedmann-Robertson-Walker（FRW）标准宇宙学模型中，模型参数Ω_M＝0.3、Ω_Λ＝0.7的宇宙模型与WMAP观测数据确定的精确哈勃常数H₀=71⁺¹_-2 km/s/Mpc存在必然的联系，而联系它们的纽带就是（4）式这个宇宙大尺度上的基本物理规律，这真是宇宙学前沿研究中的一个重大历史性突破，也是一个重大历史性事件，为纪念解析宇宙学创始人周坚在发现这个规律所做的艰辛探索和十数年的杰出工作以及重大贡献，目前将它命名为周坚红移定律（这是罕见的命名方式）。

在周坚红移定律被发现后，解析宇宙学创始人周坚立即应用周坚红移定律来解释宇宙观测现象，由此发现“无限宇宙是可以观测的，同时也是可以用数学表达式进行描述”的精辟结论，从此形成了一整套认识宇宙的理论体系，《解析宇宙学》于2009年3月8日由此诞生了。为了让人们能够很好的理解《解析宇宙学》，作为解析宇宙学创始人周坚就基于周坚红移定律的应用发明了宇宙测量尺、宇宙仪和宇宙空间展示仪。通过一段时间用宇宙测量尺测量天体后发现，理论解释与实际观测结果基本吻合，并且有很大的突破，这些将在随后的博文中不断发表。

人类首部《解析宇宙学》将开启人类认识宇宙的新纪元，中国人将引领人类昂首阔步迈向无限的宇宙深空。