观察宇宙模样的小模型——宇宙仪

宇宙到底有多大，宇宙到底是什么样子，宇宙到底是有限的还是无限的，……，如此多的相关宇宙问题一直是人们在长期探索宇宙中的探讨焦点，面对如此多的宇宙相关问题能否用一个“模型”来解答？平时，我们用地球仪来观察地球，而在茫茫宇宙中，面对星星等天体集合是否还能借用。带着这些问题，广西柳州市市民周坚进行了尝试，他基于他发现的周坚红移定律于2009年2月发明了一种专门观察宇宙模样的小模型——宇宙仪，并于3月申请了专利，专利申请号是200930301547.5。

所谓宇宙仪，就是基于普通地球仪的功能，将基于周坚红移定律应用于解释WMAP观测结果所获得的宇宙信息按照一定的比例尺度缩小制作而成的一种观察宇宙模样的小模型。由于这个小模型是相对观测者而言所能观测到的宇宙尺度，通常称之为可观测宇宙，由于在宇宙仪上没有长度、面积和方向、形状的变形，因此从宇宙仪上观察宇宙景象的相互关系是整体而又正确的可观测宇宙。

宇宙仪的功能就是观察宇宙，观察宇宙有多大，观察相对观测者而言所能观测到的宇宙情景，观察两个以上观测者相互观测所观测到的可观测宇宙的相对关系以及它们之间的联系特征，等等。

在观察宇宙仪时只要将宇宙仪的中心点视为观测者所在观测位置进行观测就可以了。

在一般情况下，一个宇宙仪就代表在这个宇宙仪中心的观测者所能观测到的宇宙部分，它通常称之为可观测宇宙，而这个可观测宇宙之外的宇宙部分是这个宇宙仪中心的观测者所不能观测到的宇宙部分，它通常称之为不可观测宇宙。由此可见，从观测的角度来说，可观测宇宙和不可观测宇宙构成无限宇宙的整体，这就是从观测角度来说的真正意义上的宇宙。

                                   图1  宇宙仪示意图

    图1就是这个宇宙仪示意图，由图可见，一个宇宙仪包含了相对观测者而言的诸多宇宙观测信息，这些信息都是基于周坚红移定律解释WMAP观测结果所获得的结果。

一、概念球体的形成

1、周坚红移定律

周坚红移定律是在宇宙学尺度上的新定律，它描述的是光传播的特殊行为，即光（电磁辐射）的传播距离r与宇宙学红移z成正比，与宇宙学红移加1的和成反比，其中有一个为α的比例常数，称之为红移常数。

2、周坚红移定律的数学表达式

周坚红移定律的数学表达式是r=z/α(z+1)，其中r是光（电磁辐射）的传播距离，单位是Mpc，z是宇宙学红移（这里强调的是光传播特殊行为所致的宇宙系统红移，即宇宙学红移，而不是人们直接观测到的红移，即观测红移），α是宇宙学红移常数，即α=0.00023683 Mpc^-1。

3、宇宙学红移趋向于无穷大的情况

当观测者观测到的宇宙学红移趋于无穷大时，周坚红移定律中的z/(z+1)项趋向于1，致使周坚红移定律r=z/α(z+1)趋向于r=1/α。

4、宇宙仪的球面极限半径的确定

由于r=1/α中的α是宇宙学红移常数，它等于0.00023683 Mpc^-1，因此，r=1/α=1/0.00023683=4222.4380357Mpc（137.7198087亿光年），它也是一个常数，它的直接物理意义就是相对观测者而言所能观测到的宇宙极限距离，用一个球面体来表示就是相对观测者而言所能观测到的极限半径为4222.4380357Mpc（137.7198087亿光年）的球面体，将这个球面体按照一定比例缩小就形成了一个概念球体。

二、宇宙微波背景辐射

1、概念球面体上的光传播

实际上任何观测者无论使用何种方法都不可能直接观测到相对观测者而言所能观测到的概念球体的极限半径位置，原因很简单，那就是在这个概念球面体上的任何光在传播到概念球体中心时的宇宙学红移都达到了无穷大。

2、宇宙微波背景辐射全天彩图

所幸的是概念球体中心的观测者能够观测到这个概念球体中的一个屏障，这个屏障就是美国航空航天局（NASA）的WMAP观测卫星观测到的宇宙微波背景辐射全天彩图。

3、宇宙微波背景辐射全天彩图的红移参数

退藕时的红移z_dec=1089±1，物质和能量相等时的红移z_eq=3233_-210⁺¹⁹⁴。

三、宇宙仪的形成

1、退藕时的红移对应的距离

依据周坚红移定律，宇宙微波背景辐射全天彩图的退藕时的红移（1089）对应的距离是r=1089/0.00023683 (1089+1)= 4218.5642394Mpc（137.5939990亿光年）。

2、物质和能量相等时的红移对应的距离

依据周坚红移定律，宇宙微波背景辐射全天彩图的物质和能量相等时的红移（3233）对应的距离是r=3233/0.00023683 (3233+1)= 4221.1233963Mpc（137.6777628亿光年）。

3、宇宙微波背景辐射全天彩图的厚度

宇宙微波背景辐射全天彩图的厚度，按照宇宙学红移来讲是从退藕时的红移1089到物质和能量相等时的红移3233，按照球面体半径来讲是从4218.5642394Mpc（137.5939990亿光年）到4221.1233963Mpc（137.6777628亿光年），其厚度是2.5681569Mpc（8.37638百万光年）。

4、宇宙仪的形成

将厚度为2.5681569Mpc（8.37638百万光年）的宇宙微波背景辐射全天彩图覆盖在概念球体上就形成图1所示的宇宙仪，它是一个即看的见又摸得着的东西，从而使非常难以理解的宇宙变成了人人都可以理解的宇宙观赏球。

四、最后的说明

宇宙微波背景辐射全天彩图到概念球体的极限半径位置还有一段距离，这段距离是物质和能量相等时的红移（3233）对应的距离4221.1233963Mpc（137.6777628亿光年）到概念球体的极限半径距离4222.4380357Mpc（137.7198087亿光年），其距离差是1.3056395 Mpc（4.25851百万光年），这就是可观测宇宙与不可观测宇宙之间的过度区域。