基于周坚红移定律作相对论多普勒效应解释的宇宙膨胀拐点

上一篇 / 下一篇  2009-10-28 06:09:10

图1是周坚红移定律作相对论多普勒效应解释获得的宇宙膨胀率-宇宙学红移关系图。

图1  宇宙膨胀率-宇宙学红移关系图。图中实线是周坚红移定律作相对论多普勒效应解释导出的与宇宙学红移相关联的宇宙膨胀率函数给出的宇宙膨胀率H_Z曲线，虚线是哈勃常数H₀曲线。

仔细观察图1可清晰地发现，宇宙膨胀率在随宇宙学红移的增大而增大的过程中存在一个拐点，在宇宙学红移小于这个拐点时，宇宙膨胀率随宇宙学红移的增大而增大，当宇宙学红移大于这个拐点时，宇宙膨胀率随宇宙学红移的增大就不再继续增大，反而是随宇宙学红移的增大而减小。

宇宙膨胀率随宇宙学红移的增大而增大的过程中存在这么一个拐点对认识宇宙实在是太重要，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观测现象从减速到加速必然存在的一个转折点，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观测现象的重要指标。

既然这个拐点是宇宙膨胀理论中描述宇宙膨胀观测现象的重要指标那还等什么，还不赶快想办法将它的精确值确定下来。这是命令吗？是！授命，这是作为周坚红移定律的发现人责无旁贷的义务。

基于“周坚红移定律作相对论多普勒效应解释”一文，已知周坚红移定律作相对论多普勒效应解释所导出的宇宙膨胀率函数：

           （1）  

其中：

           （2）  

式中，H_Z是宇宙膨胀率,单位是km/s/Mpc，H₀是哈勃常数，取H₀=71 km/s/Mpc，Z_υr是随距离r变化的宇宙膨胀变速因子，α是红移常数，即α＝0.00023683 /Mpc，r是天体的距离，单位是Mpc。

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H_z（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两个距离公式：

              （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“r_zh”表示，则有r_zh＝2473.4416337920 Mpc，它是个常数，按常规命名法命名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，用“z_zh”来表示，于是则有z_zh＝1.4142135624，它也是个常数，按常规命名法命名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推导出来的宇宙膨胀率函数，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，用“H_zh”来表示，于是则有H_zh＝85.704581464 km/s/Mpc，它同样也是个常数，按常规命名法命名为宇宙膨胀拐点宇宙膨胀率常数。

基于周坚红移定律作相对论多普勒效应解释推导出来的宇宙膨胀速度函数，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，用“υ_zh”来表示，于是则有υ_zh＝211985.28 km/s，它同样也是个常数，按常规命名法命名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，用“a_zh”来表示，于是则有a_zh＝80.6743961297亿年，它同样也是个常数，按常规命名法命名为宇宙膨胀拐点时间常数。

至此，有关基于周坚红移定律作相对论多普勒效应解释所涉及到的一系列宇宙膨胀拐点参数的精确值都以获得，现总结归纳如下：

（1）宇宙膨胀拐点距离常数r_zh等于2473.4416338115 Mpc（80.674396130亿光年），它的直接物理解释就是相对观测者而言小于宇宙膨胀拐点距离常数r_zh的所有天体所观测到的宇宙膨胀现象都是加速膨胀现象，而大于宇宙膨胀拐点距离常数r_zh的所有天体所观测到的宇宙膨胀现象都是减速膨胀现象。由此可见，宇宙膨胀拐点距离常数r_zh是从距离上判断相对观测者而言所观测到的宇宙膨胀观测现象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z_zh等于1.4142135624，它的直接物理解释就是相对观测者而言小于宇宙膨胀拐点宇宙学红移常数z_zh的所有天体所观测到的宇宙膨胀现象都是加速膨胀现象，而大于宇宙膨胀拐点宇宙学红移常数z_zh的所有天体所观测到的宇宙膨胀现象都是减速膨胀现象。由此可见，宇宙膨胀拐点宇宙学红移常数z_zh是从宇宙学红移上判断相对观测者而言所观测到的宇宙膨胀观测现象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H_zh等于85.704581464 km/s/Mpc，它的直接物理解释就是相对观测者而言所能观测到了极限宇宙膨胀率。由此可见，宇宙膨胀拐点宇宙膨胀率常数H_zh是从宇宙膨胀率常数H_zh上判断相对观测者而言所观测到的宇宙膨胀观测现象是极限宇宙膨胀率的重要宇宙常数。

（4）宇宙膨胀拐点宇宙膨胀速度常数υ_zh等于211985.28 km/s，它的直接物理解释就是相对观测者而言小于宇宙膨胀拐点宇宙膨胀速度常数υ_zh的所有天体所观测到的宇宙膨胀现象都是加速膨胀现象，而大于宇宙膨胀拐点宇宙膨胀速度常数υ_zh的所有天体所观测到的宇宙膨胀现象都是减速膨胀现象。由此可见，宇宙膨胀拐点宇宙膨胀速度常数υ_zh是从宇宙膨胀速度上判断相对观测者而言所观测到的宇宙膨胀观测现象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a_zh等于80.6743961297亿年，它的直接物理解释就是相对观测者而言小于宇宙膨胀拐点时间常数a_zh的所有天体所观测到的宇宙膨胀现象都是加速膨胀现象，而大于宇宙膨胀拐点时间常数a_zh的所有天体所观测到的宇宙膨胀现象都是减速膨胀现象。由此可见，宇宙膨胀拐点时间常数a_zh是从时间上判断相对观测者而言所观测到的宇宙膨胀观测现象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（秦波，精确宇宙学时代的暗物质问题。http://cosmo.bao.ac.cn/comments/qb.htm）,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，误差率仅为13.2314546%。

（7）上述一系列的宇宙膨胀拐点参数只是基于周坚红移定律作相对论多普勒效应解释的直接应用而获得的，这里只是将周坚红移定律作相对论多普勒效应解释，从头到尾并没有牵涉到任何假设，因此有理由相信理解宇宙并不需要如此多的假设。

至此，作为周坚红移定律的发现人有理由向祖国，向人民，向全世界报告：作为周坚红移定律的发现人责无旁贷完成了确定宇宙膨胀拐点精确值的任务。