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1、宇宙红移的另一种解释 饶钢 摘要：现令有关宇宙红移( 即遥远星系光谱产生向频率低端的移动) 服从哈勃定律 “。“( H u b b l eL a w ) 被广泛认为是由宇宙的膨胀一基于遥远星系退行速度的多普勒效应 ( D o p p l e rE f f e c t ) 所产生的然而如果存在非多普勒效应引起的宇宙红移，我们现存的宇宙 观将要发生变化本文就是试图以一种波动传输的记忆模型说明非多普勒效应的宇宙红移的 存在性文中使用了光波在传输过程中的“雏变”“”作用；这种作用使光波产生相位迟延， 迟延的持续性产生等效的退行相速，从而产生了等效多普勒效应的频移效果。由于引起这种频 移与星体的移动无关
2、，没有光速的限制，其特性也与以往基于多普勒效应的宇宙红移有本质的 不同。文中还指出光量子可以以指数的形式连续衰减。 问题的存在： 从哈勃定律的形式上看：v - H d ，v 一星体退行速度，H - - 哈勃常数，d 星体距我们的距离 加之我们对多普勒效应的理解，我们很容易认同这一解释并由此成为宇宙大爆炸( B i g B a n g ) 学说的一个重要依据。与此相矛盾的是近年来对遥远星系的测量宇宙似乎自从爆炸就没 有停止过扩张，其扩张的速度反而越来越快；由此产生了多种解释；如暗物质的增加和引力的 远程特性的变化等。在哈勃定律中的退行速度v 常表达为：v = z c ，z 红移，c 一光速，z
3、依照 多普勒效应：z ；( 一 。) o ， o 光源的波长， 观察到的波长直观的理解，当z ：1 时， 即 = 2 o ，也就是在光从光源发出后的一个波长时间后，光源( 在此是星体) 也退行了 。远， 也即是这光源( 星体) 的退行速度为光速并且据有关的报道z 已有5 6 的数值这是以多普勒 效应得出的哈勃定律不可理解的当退行速度v 接近光速，相对论效应明显加大式v = Z C 中的 z 将代之为z = ( ( 1 + z ) 2 一1 ) ( ( 1 + z ) 2 + 1 ) ”1 这时将存在新的问题：1 膨胀的速度以光速为限， 造成以宇宙某点为中心的球壳型密度分布这种分布至少在现在还没
4、有被观测所证实2 如 + 饶钢，男，现年4 5 岁。工学硕士学位，1 9 8 6 年毕业于清华大学无线电乐。曾在中国科学院自动化所任高 级工程师；获得国家( 青年) 基垒和8 6 3 项目等多项科学基金的资助；从事信号检测处理、计算机硬件( D S P ) 和人工神经网络等的在职研究工作。兴趣广泛，特别是在分数微积分( f r a c t i o n a lc a l c u l u s ，本人称为“维 变”) 有独创研究成果。自从1 9 9 5 年，在一家外企任职，通信网络工程师。电话：1 3 7 0 1 2 9 4 8 1 2 ( 。) ， 0 1 0 - 6 3 0 4 1 4 7 1
5、( h ) ，E m a i l ：g a n g r a o s i t a a e r o 维变即f r a c t i o n a lc a l c u l u s “1 ，为本人使用的中文叫法：其在文中的符号也是本人在研究中所使用的 】7 5 以趋近光速的速度相对运动，其能量的巨大将超过对宇宙引力势能的估计，而后者还是宇宙 膨胀学说的一个( 反证) 根据，趋近光速( 或超过光速) 的宇宙运动比起具有静态引力势的宇宙 更难以理解 但有一点事实是可信的，就是哈勃亲身观测的结果；v ：H d 简单地说就是星系的光源退行 速度正比于星系离我们的距离；那末，如果不是多普勒效应的结果，就应存在光在
6、传输过程中 的频率变化。由于本文的观点是远方的星体并不作宏观的退行，所以与以光速行驶的物体的相 对论效应无关 天文学对星体相对我们的距离的估计多基于测量星体的星等，而星等的计算基于光照强 度随距离的平方成反比衰减的规律同时我们使用星光的光谱确定星体发光的表面温度和探 测宇宙的背景辐射；在这些分析中我们忽略了一个重要的因素，那就是光的量子性光以其最 小的能量单位E ：hu 分别独立的以光速传输，那么它就没有衰减吗? 这显然不符合情理! 那 么它又是如何衰减的呢? 记忆性介质的信号传递模型 在此认为介质对信号( 某种物理量) 的传递有以下特性： 1 介质由( 足够小的) 微粒组成j 2 光波本身的
7、物理量也可被分解：由于光波由电磁( 场) 波组成，具有叠加性，满足此 条件； 3 这些微粒对信号的量( 如磁场强度，电荷密度等) 有一定的记忆能力即当信号的量作 用于微粒后，其量值不能瞬间衰减为零j 如经过At 后，微粒上保持有t = 0 时的量值 的a ，倍( o a t 1 ) 在经过2A t 后，微粒上保持有t - O 时的量值的a z 倍( o a ： 1 ) 在 经过n A t 后，微粒上保持有t = 0 时的量值的凶倍( o ca 。 2 ) ，星体退行已超过光速，而以上例子Z = T T 。一i ：一1 0 5 远远超过光速在此必须使用相对论的结果；并且哈勃定律中的星体速度v 要
8、代之以Z C 我们 不妨计算一如下： d = ( v H 。) = z c H 。i 05 c 7 1 5 74 x 1 0 1 年= 1 39 7 x i 0 7 亿光年 v = ( ( 1 + z ) 2 1 ) ( ( 1 + z ) 2 + 1 ) c 。c 基于多普勒效应的计算得出在距离( 和速度极为接近光速) 数值上很大的结果这个结果将 导致由距离的加大光波的信号强度( 光照度) 不可测量；以现有的水平哈勃望远镜能测到的最 暗星体为+ 3 0 星等，设其星体位于2 0 0 亿光年处；那么这时以多普勒效应理解的距离上的星等 约为+ 5 4 星等，远远超出了现有技术水平；但事实是宇宙背
9、景辐射在微波段是广泛存在和强 度足够大的而以介质记忆模型计算为+ 3 4 5 星等，这一数值是完全可以理解的! 以上以多普勒效应计算出的结果还可在H 0 力口大的情况下加以修正，但H o 的加大将导致以多普勒 效应或宇宙大爆炸理论得出的宇宙年龄比地球的年龄要小的结论这又是一个不可避免的矛 盾比较起来以介质记忆模型得出的结果是更合理的 光量子的能量衰减 我们知道光的最小能量单位是一个光量子般我们只注意它的发光强度的变化，而不注 意其以最小独立单位时的能量变化；我们自然会问光在遥远的地方传到我们这里就没有自身的 能量消耗了吗? 合理的解释是它应该得到自然衰减以介质记忆模型得出的结果自然地符合 了这
10、一规律 E 。= h u o ( h 为普郎克常数) 此光量子在经过t 时间的传输后，考虑到频率D = u o e w ，其能量 E = h u = h D o e “。E o e 一“9 = E 删7 。 所以光量子在传输中能量是以指数率衰减的这一点是在以多普勒效应模型时所没有考虑的 这种光量子的能量衰减是很自然的! 而以多普勒效应模型光以v 退行f 或进行) 光量子的能量 都不发生变化，而以红移的光量子的能量应是下降的( 这里也提出一种可能检验的实验：具有 退行( 或进行) 的光量子的能量与以介质记忆模型得出的光量子的能量是否一样? ) 1 8 1 搬波的时阐单位 在以上汁算中我们使用f
11、t ) = A e “”“”1 的光波信号在经过维变计算后厶( t ) 比f ( t ) 多出 一个o ”豹幅嶷妥予，鞠考虑邀一因子党渡静簧赣裹藏还要蕊大。毽这一溜予基熬与我们使 用的时间单位有关j 如以时间单位为秒，u 单位为弧度每秒；如以时间单位为小时，u 单位为 弧度每小时，遗时候”的僮要比髑秽时闻零使大褥多+ 蕊光波的传辕嶷藏不成骞人为毂成分； 为满怒这个条件，只有令。一1 其含义是每一个光镦子都有爨己的时闷单位一髑，即其波动一 周期为2 “弧度( 信号为f ( c ) t = A e “) 这时候维变对光信号的振幅A 没柯影响( 在此并不排除自 然静光渡有剐的时闻蕈往程要依照实验静结巢 结论： 本文的观点十分明姓：宇宙红移并非由星体的退行所造成，而是由太空介质对光波信号 静记忆作凄 或是一种糍整衰减静方式；对光波穗倥连续避廷造成的；率文提窭豹介震记忆模型 对光波传输的维变( 连续实数或复数阶微积分，是作者提出的) 作用能产生光波信号的相位迟延 作用
