神马文学网从减速到加速的宇宙膨胀拐点
来源：百度文库 编辑：神马文学网 时间：2024/04/27 23:59:59
从减速到加速的宇宙膨胀拐点
周 坚
（广西柳州市柳长路611号 545012 E-mail：zhzhjjjj@163.com）
摘要 基于周坚红移定律作相对论多普勒效应解释发现相对观测者而言可观测宇宙的宇宙膨胀率-距离关系式，通过该关系式的分析从理论上认证了宇宙从过去减速膨胀到今天加速膨胀的拐点，确定了该拐点的理论精确值，该理论精确值与实际观测初步判定的观测值在误差范围内吻合。综合上述分析，有理由相信理解宇宙或许不需要如此多的假设。
关键词 周坚红移定律 宇宙膨胀率 拐点 认证
1998年，宇宙学研究的重要里程碑，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，却都获得“宇宙正在加速膨胀而非减速”的结论[1，2]，从而开创了Ia超新星宇宙学研究的热潮。
时隔10年之后的2009年，宇宙学理论研究的重要里程碑，广西柳州市市民周坚仔细观察发现宇宙正在加速膨胀的高红移Ia超新星哈勃图，最终发现与观测结果最佳符合的模型参数ΩM＝0.3、ΩΛ＝0.7的宇宙模型对应着一个非常简单的函数，基于这个简单函数的分析发现了新红移定律[3]，目前被称之为周坚红移定律[4，5]，从而开创了宇宙学理论研究大讨论。
基于周坚红移定律作相对论多普勒效应解释发现描述宇宙变速膨胀的宇宙膨胀率-距离关系式存在一个极大值，而这个极大值就是宇宙从过去的减速膨胀到今天的加速膨胀的拐点，它对应的理论距离相对观测者而言大概是81亿光年，对应的最大宇宙膨胀率大概是86km/s/Mpc[6]。
宇宙从过去的减速膨胀到今天的加速膨胀的拐点对宇宙膨胀运动描述实在是太重要了，它揭示了将周坚红移定律作相对论多普勒效应解释所描述的宇宙膨胀运动从减速到加速必然存在的转折点，这个转折点是无数天文学家为之苦苦探索，期盼确认的一个宇宙参数，为此必须将这个拐点的精确值计算出来，它是宇宙膨胀理论中描述宇宙膨胀运动的重要指标。
本文基于将周坚红移定律作相对论多普勒效应解释发现的宇宙膨胀率-距离关系式的分析，从理论上给出宇宙从过去减速膨胀到今天加速膨胀的拐点精确值。
1 宇宙膨胀率-距离关系式
基于周坚红移定律作相对论多普勒效应解释发现在宇宙学尺度上的宇宙膨胀率的数学表达式是[7]：
（1）
其中：
（2）
式中，Hz是宇宙膨胀率,单位是km/s/Mpc，H0是哈勃常数，取H0=71 km/s/Mpc，Zυr是随距离r变化的宇宙膨胀变速因子，α是宇宙学红移常数，即α＝H0/c＝0.00023683 Mpc-1，r是天体与它们离地球的距离，单位是Mpc。
2 宇宙膨胀拐点
宇宙从过去的减速膨胀到今天的加速膨胀的拐点称之为宇宙膨胀拐点。
根据单变量函数的极值存在的必要条件，仔细观测宇宙膨胀率函数（1）不难发现，该函数在可观测范围内存在有限导数，若它的导数等于0有解，则必然能求出它的拐点，因此，将宇宙膨胀率-距离关系式（1）对αr进行求导数，则有：
（3）
将上式进行求导运算，则有：
（4）
根据极限值存在的必要条件，设Hz（αr）＝0，则有：
（5）
将上述方程进行整理，则有：
（6）
将上述方程因式分解，则有：
（7）
将上述方程合并同类项，则有：
（8）
上述二次方程根的表达式是：
（9）
上述方程根的距离表达式是：
（10）
由此获得宇宙膨胀拐点的距离公式：
（11）
（12）
式中，r1、r2是宇宙膨胀拐点的距离，单位是Mpc，α是宇宙学红移常数，即α＝0.00023683 Mpc-1。
根据（11）式和（12）式计算，r1＝2473.4416337920 Mpc，r2＝14416.2743 Mpc，而r1与观测事实相符合，它是有效解，用“rzh”表示，则有rzh＝2473.4416337920 Mpc，它是个常数，按常规称之为宇宙膨胀拐点距离常数。
基于周坚红移定律，宇宙膨胀拐点距离常数对应的宇宙学红移就是1.4142135624，为区别起见，将“rzh”用“zzh”来表示则有zzh＝1.4142135624，它也是个常数，按常规称之为宇宙膨胀拐点宇宙学红移常数。
基于周坚红移定律作相对论多普勒效应解释发现在宇宙学尺度上的宇宙膨胀率-距离关系式（1），宇宙膨胀拐点距离常数对应的宇宙膨胀率就是85.704581464 km/s/Mpc，为区别起见，将“rzh”用“Hzh”来表示则有Hzh＝85.704581464 km/s/Mpc，它同样也是个常数，按常规称之为宇宙膨胀拐点宇宙膨胀率常数。
基于宇宙膨胀率乘以距离就是宇宙膨胀速度的关系，宇宙膨胀拐点距离常数对应的宇宙膨胀速度就是211985.28 km/s，为区别起见，将“rzh”用“υzh”来表示则有υzh＝211985.28 km/s，它同样也是个常数，按常规称之为宇宙膨胀拐点宇宙膨胀速度常数。
基于光（电磁辐射）的传播速度特征，宇宙膨胀拐点距离常数对应的时间就是80.6743961297亿年，为区别起见，将“rzh”用“azh”来表示则有azh＝80.6743961297亿年（2473.4416337920×106×3.26162522=80.6743961297×108ly），它同样也是个常数，按常规称之为宇宙膨胀拐点时间常数。
3 结论
基于宇宙大尺度上所遵循的周坚红移定律，将它作相对论多普勒效应解释，由此获得相对观测者所观测到的宇宙膨胀率-距离关系式，通过该关系式的分析从理论上认证宇宙从过去的减速膨胀到今天的加速膨胀的宇宙膨胀拐点的存在，并获得该拐点的理论精确值。
综合上述讨论，从不同的观测角度出发获得如下宇宙膨胀拐点对应宇宙常数的如下结论：
（1）宇宙膨胀拐点距离常数rzh等于2473.4416337920 Mpc，它的直接物理解释是相对观测者而言小于2473.4416337920 Mpc的所有天体都在加速远离观测者运动，而大于2473.4416337920 Mpc的所有天体都在减速远离观测者运动。由此可见，它是从距离上判断相对观测者而言的宇宙是处在加速膨胀还是处在减速膨胀的重要宇宙常数。
（2）宇宙膨胀拐点宇宙学红移常数zzh等于1.4142135624，它的直接物理解释是相对观测者而言所观测到的宇宙学红移小于1.4142135624的宇宙都是加速膨胀的宇宙，而大于1.4142135624的宇宙都是减速膨胀的宇宙。由此可见，它是从宇宙学红移上判断相对观测者而言的宇宙是处在加速膨胀还是处在减速膨胀的重要宇宙常数。
（3）宇宙膨胀拐点宇宙膨胀率常数Hzh等于85.704581464 km/s/Mpc，它的直接物理解释是相对观测者而言所观测到的宇宙膨胀率小于85.704581464 km/s/Mpc的宇宙都是加速膨胀的宇宙，而大于85.704581464 km/s/Mpc的宇宙都是减速膨胀的宇宙。由此可见，它是从宇宙膨胀率上判断相对观测者而言的宇宙是处在加速膨胀还是处在减速膨胀的重要宇宙常数。
（4）宇宙膨胀拐点宇宙膨胀速度常数υzh等于211985.28 km/s，它的直接物理解释是相对观测者而言所观测到的宇宙膨胀速度小于211985.28km/s的宇宙都是加速膨胀的宇宙，而大于211985.28km/s的宇宙都是减速膨胀的宇宙。由此可见，它是从宇宙膨胀速度上判断相对观测者而言的宇宙是处在加速膨胀还是处在减速膨胀的重要宇宙常数。
（5）宇宙膨胀拐点时间常数azh等于80.6743961297亿年，它的直接物理解释是相对观测者而言通过光传播的速度所观测到的传播时间小于80.6743961297亿年的宇宙都是加速膨胀的宇宙，而大于80.6743961297亿年的宇宙都是减速膨胀的宇宙。由此可见，它是相对观测者而言从时间上判断的宇宙是处在加速膨胀还是处在减速膨胀的重要宇宙常数。
（6）依据目前观测结果判定的宇宙膨胀由过去（暗物质主导）的减速膨胀变为今天（暗能量主导）的加速膨胀的拐点是距今70亿年[8],这是70亿光年的距离，它们与理论精确值80.674396130亿年或80.674396130亿光年仅误差了10.674396130亿年或10.674396130亿光年，误差率为13.2314546%。
（7）基于上述理由相信理解宇宙或许不需要如此多的假设。
参 考 文 献
[1]
Perlmutter S，Aldering G，Goldhaber G，et al.Measurements of Omega and Lambda from 42 High-Redshift Supernovae. ApJ.，1999，517:565.
[2]
Riess A G，Filippenko A V ，Challis P，et al.Observational Evidence from Supernovae for an Accelerating Universe and a Cosmological Constant. AJ.，1998，116:1009.
[3]
周坚，描述宇宙加速膨胀的简单函数，人民网﹥强国博客﹥广西柳州市周坚的量天博客，2009年7月24日。
[4]
赵伟翔，一尺在手 可以量天，柳州晚报，2009年3月18日。
[5]
赵伟翔，周坚：他们是杞人忧天，柳州晚报，2009年3月26日。
[6]
周坚，宇宙的膨胀速度和膨胀率，人民网﹥强国博客﹥广西柳州市周坚的量天博客，2009年7月26日。
[7]
周坚，宇宙的膨胀速度和膨胀率，人民网﹥强国博客﹥广西柳州市周坚的量天博客，2009年7月26日。
[8]
秦波，精确宇宙学时代的暗物质问题。http://cosmo.bao.ac.cn/comments/qb.htm