基于周坚红移定律的宇宙膨胀率观测现象细节描述

上一篇 / 下一篇  2009-10-30 09:03:57

基于周坚红移定律的宇宙膨胀率观测现象细节描述

依据周坚在国家科技成果网-解析宇宙学创始人周坚的博客中于2009年10月27日发表的“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导出的宇宙膨胀率函数是：

            （1）  

其中：

           （2）  

式中，H_Z是单位为km/s/Mpc的宇宙膨胀率，H₀是哈勃常数，即H₀=71 km/s/Mpc，Z_υr是随距离r变化的宇宙膨胀变速因子，α是宇宙学红移常数，即α＝0.00023683 /Mpc，r是单位为Mpc的天体距离。

以宇宙膨胀率H_Z为纵坐标，以宇宙学红移z的对数为横坐标，作基于周坚红移定律作相对论多普勒效应解释导出的宇宙膨胀率函数的关系图，于是就有如图1所示的宇宙膨胀率-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。

仔细观察这个宇宙膨胀率-宇宙学红移关系图很容易发现如下宇宙膨胀细节特征：

1、宇宙膨胀率H_Z曲线(图中实线所示)明显是呈现单脉冲状曲线，而哈勃常数H₀曲线(图中虚线所示)是呈现水平状直线。

2、宇宙膨胀率H_Z曲线(图中实线所示)始终沿着哈勃常数H₀曲线(图中虚线所示)的上方分布。

3、宇宙膨胀率H_Z曲线(图中实线所示)与哈勃常数 曲线(图中虚线所示)头尾相连组成一个封闭系统，为今后论述方便，我们不妨将它称之为宇宙膨胀率-宇宙学红移封闭系统，它揭示了相对观测者所能观测到的宇宙部分，我们通常称之为可观测宇宙的一切膨胀信息。

4、宇宙膨胀率-宇宙学红移封闭系统的两个闭合点位置分别是观测者所在位置和光传播极限距离（4222.4289859Mpc或137.71980870亿光年）的遥远位置，它们对应的宇宙学红移分别是0和∞。

5、在宇宙膨胀率-宇宙学红移封闭系统中，宇宙膨胀率H_Z曲线(图中实线所示)的单脉冲出现在宇宙学红移从0.01到100之间，基于周坚红移定律，它们对应的距离分别是41.8062275833Mpc（1.3635624624亿光年）和4180.6227583322 Mpc（136.35624624亿光年），其宇宙学距离跨度极其巨大。

6、在宇宙膨胀率-宇宙学红移封闭系统中，宇宙膨胀率H_Z曲线(图中实线所示)的单脉冲的顶点大约出现在宇宙膨胀率为86km/s/Mpc和宇宙学红移为1的坐标点位置，通过周坚红移定律作相对论多普勒效应解释的精确计算，这个顶点的宇宙膨胀率精确值是85.704581464 Km/s/Mpc（宇宙膨胀拐点宇宙膨胀率常数H_zh），宇宙学红移精确值是1.4142135624（宇宙膨胀拐点宇宙学红移常数z_zh），具体计算过程请参阅周坚在国家科技成果网-解析宇宙学创始人周坚的博客中于2009年10月28日发表的“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”一文。

7、在宇宙膨胀率-宇宙学红移封闭系统中，在宇宙学红移小于0.01和大于100时，宇宙膨胀率H_Z曲线(图中实线所示)与哈勃常数H₀曲线(图中虚线所示)几乎完全重合，完全达到可以相互代替的程度，难怪在近百年的宇宙学研究中一直把宇宙膨胀率与哈勃常数相提并论，其根源原来就在这里。

仔细观察宇宙膨胀率-宇宙学红移关系图至此，我们对宇宙膨胀率观测现象的细节已经描述的非常清楚，现在我们来看看这些信息能带给我们什么样的宇宙学物理意义。

1、在宇宙膨胀率-宇宙学红移封闭系统中，在宇宙学红移小于0.01的情况下，宇宙膨胀率H_Z曲线(图中实线所示)与哈勃常数H₀曲线(图中虚线所示)几乎完全重合，完全达到可以相互代替的程度，如果将宇宙学红移理解为天体相对观测者的运动产生的多普勒效应引起的结果，那么它发出来的宇宙学物理信息就是宇宙正在均匀膨胀。

2、在宇宙膨胀率-宇宙学红移封闭系统中，在宇宙学红移大于等于0.01至小于1.4142135624（宇宙膨胀拐点宇宙学红移常数z_zh）的情况下，宇宙膨胀率H_Z曲线(图中实线所示)明显向上偏离了哈勃常数H₀曲线(图中虚线所示)，而且随着宇宙学红移的增大而急剧增大，这种宇宙膨胀率随宇宙学红移增大而急剧增大的特征，如果将宇宙学红移理解为天体相对观测者的运动产生的多普勒效应引起的结果，那么它发出来的宇宙学物理信息就应该是宇宙正在加速膨胀。

3、在宇宙膨胀率-宇宙学红移封闭系统中，在宇宙学红移大于等于1.4142135624（宇宙膨胀拐点宇宙学红移常数z_zh）至小于100的情况下，宇宙膨胀率H_Z曲线(图中实线所示)明显就不在向上偏离哈勃常数H₀曲线(图中虚线所示)，而是向下靠拢哈勃常数H₀曲线，而且随着宇宙学红移的增大而急剧减小，这种宇宙膨胀率随宇宙学红移增大而急剧减小的特征，如果将宇宙学红移理解为天体相对观测者的运动产生的多普勒效应引起的结果，那么它发出来的宇宙学物理信息就应该是宇宙正在减速膨胀。

4、在宇宙膨胀率-宇宙学红移封闭系统中，在宇宙学红移大于等于100至∞的情况下，宇宙膨胀率H_Z曲线(图中实线所示)与哈勃常数H₀曲线(图中虚线所示)很明显由回到几乎完全重合状态，并完全达到可以相互代替的程度，如果将宇宙学红移理解为天体相对观测者的运动产生的多普勒效应引起的结果，那么它发出来的宇宙学物理信息就应该仍然是宇宙正在均匀膨胀。

将宇宙学红移理解为天体相对观测者的运动产生的多普勒效应引起的结果所发出来的宇宙学物理信息与实际观测情况是否吻合呢？现在我们来看看实际的宇宙观测情况。

1、宇宙学红移小于0.01的宇宙均匀膨胀现象。

宇宙均匀膨胀现象早在80年前的1929年由哈勃观测近距离的星系发现的，由此建立了哈勃定律，这与周坚红移定律作相对论多普勒效应解释所导出的近距离宇宙均匀膨胀特征是完全吻合的。

2、宇宙学红移大于等于0.01至小于1.4142135624（宇宙膨胀拐点宇宙学红移常数z_zh）的宇宙加速膨胀现象。

在哈勃发现哈勃定律近70年后的1998年，由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研究发现：宇宙正在加速膨胀，这与周坚红移定律作相对论多普勒效应解释所导出的中距离（相对近距离要远的距离范围）宇宙加速膨胀特征是完全吻合的。

3、宇宙学红移大于等于1.4142135624（宇宙膨胀拐点宇宙学红移常数z_zh）至小于100的宇宙减速膨胀现象。

有迹象显示，如SN1997ff超新星的观测，发现在更远的距离宇宙还会出现减速膨胀现象，这与周坚红移定律作相对论多普勒效应解释所导出的远距离（相对中距离要远的距离范围）宇宙减速膨胀特征是完全吻合的。

4、宇宙学红移大于等于100至∞的宇宙均匀膨胀现象。

目前还没有这个距离范围内的观测记录，但WMAP所观测到的宇宙微波背景辐射全天图就在这个超远距离（相对远距离要远的距离范围）范围内。

至此，基于周坚红移定律的宇宙膨胀率观测现象细节描述圆满完成，感谢各位专家、学者以及天文爱好者等同仁观阅、赐教。