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1 哈勃常数的数理分析

摘要:哈勃常数是大爆炸宇宙学说及模型的创始和基础性理论,它的吻合性能够决定整个学说及模型的成败!自从1929年哈勃发现天体间星系恒相远离的现象后,对于宇宙在膨胀且源于一点中心始于一次的宇宙大爆炸理论学说得以形成,又由于宇宙物质存在年龄以及微波背景辐射的发现,从而又使这一理论学说得到进一步的支持,因此人们在认同这一宇宙学说的同时,就已经基于哈勃常数作为各种宇宙参数的计算依据,我们可以从现代多种天文书刊资料中看到,人们所采用的宇宙年龄,星系的退行速度以及观测距离甚至于宇宙物质密度等参数都无不与哈勃常数直接关联!尽管大爆炸宇宙理论存在“宇宙年龄矛盾”(即大爆炸宇宙年龄小于遥远星系观测光年的矛盾)问题,但这一常数仍然作为宇宙计算唯一的解。然而至今为止,哈勃常数与大爆炸宇宙模型的逻辑关系还无人在数理上有过系统的考证,人们只关心和追求哈勃常数对邻近星系计算值的精确性,而忽略遥远星系的年龄矛盾,这很不令人放心。为此本作者展开了比较全面的数理调查分析,结果发现哈勃常数与大爆炸宇宙在逻辑上并不相通,无论哈勃常数多么精确都与大爆炸宇宙无关!在研究中又发现,哈勃常数对于宇宙模式的研究有很重要的开创意义!这是人们从未发现的!
关键词:哈勃常数、数理分析、大爆炸宇宙、星系年龄与宇宙年龄
宇宙年龄与星系年龄的矛盾早在哈勃常数应用不久就己经存在,读者可以从90年代以前的天文科学书刊和资料中都可看到类似的信息报道和记载,如某某科学家发现了离地球200亿光年的星系,或者发现了250亿光年的类星体,等等,特别是最近又发现了470亿光年和900亿光年以远的星系等等,从这些矛盾的发现中我们可以看出,人们对于星系观测距离与宇宙年龄的逻辑关系还是很模糊的!从某种意义上说这种模糊与哈勃常数的不匹配性有关,与它的精确性无关!
大爆炸宇宙年龄与遥远星系观测距离(或称为观测年龄)的关系并不抽象复杂,但必须要通过一个特殊的函数坐标系来表达。我们可以通过函数坐标分折使人们清楚了解到,人类可以观测到137亿年前的星系,但绝不可能观测到137亿光年以远的星系!即使大爆炸宇宙星系以光速膨胀或分离,天文观测也至多能观测到宇宙年龄(137亿)数的1/2(68.5亿)光年以近的星系!而且即使星系膨胀分离速度为无穷大,也至多能观测到137亿光年以近的星系,大于宇宙年龄数137亿光年的星系是不可能观测得到的!这一宇宙逻辑是由星系光信号需要的回传时间决定的,与人类的观测能力和星光的强弱无关。但就是这么一个简单得不能再简单的逻辑问题多数人甚至专家们也不是很清晰!所以需要通过坐标系来解答!
在讨论哈勃常数之前,我们还须指出一个人们很幼稚的逻辑思维,即人们在对大爆炸宇宙学说及模型经过数十年的研究后,发现它有很多缺陷和问题,例如中心的奇点问题和大爆炸太过猛烈问题等等,所以有些专家学者为了弥补和回避大爆炸宇宙模型的这些短板和不足,狡辩地提出了大爆炸宇宙模型的修改版,即认为宇宙的膨胀是星系物质托在球面空间上的膨胀,是纵横方向平行地膨胀,人们把这种宇宙模型叫做“无中心或多中心膨胀的宇宙模型”。然而这种无中心膨胀宇宙模型表面上与源于一点的大爆炸宇宙模型有所区别,能够避开大爆炸的猛烈膨胀和中心奇点的问题,使大爆炸宇宙的膨胀变得更温柔和连贯。但人们不知道这种无中心或多中心的宇宙模型违反基本的数理原理,因为如果宇宙的膨胀是纵横平行无中心或多中心的空间膨胀,那么各星系的运动方向线就不是始于一点,而是始于多点,从运动速度合成的几何分析数学上理解,多个始点的宇宙星系运动方向线的延长线必定相交于多点,有相交点就有相碰撞,宇宙的膨胀根本无法按有序的情形进行下去,而是乱碰乱撞。以此推理,实际宇宙绝对不可能是无中心或多中心的膨胀,宇宙的膨胀无论是空间的膨胀还是物质本身的膨胀,膨胀方向线一定是而且只能是相对和始于一个宇宙中心,并指向多个方向的,否则就违反运动几何数学的逻辑!这一逻辑决定了“无中心和多中心膨胀的宇宙模型”在数学逻辑上最终还是归结为一个中心!宇宙星系膨胀必须相对于一个宇宙中心!宇宙也必须产生于一个中心!从这一意义上讲,大爆炸宇宙论者开始的一个中心的判断是正确的,这恰恰是大爆炸宇宙学说对于宇宙学的最重大发现和贡献!对此否定是个天大的错误!为什么?我们将在下篇文章中向读者详细论证和解答。
基于以上观点,我们讨论的哈勃常数只能是相对于一个中心,而不能是多个中心或无中心的大爆炸宇宙模型而言的,而且在此我们也仅分析讨论大爆炸宇宙模型原理与哈勃常数是否是匹配或是否合乎逻辑的问题,而不涉及哈勃常数相对实际宇宙的正确性或精确性问题。
一、哈勃常数的论证步骤 1.等效坐标系及函数关系的建立
假设我们在通过瞬间观测星系点与地球的连线上建立一个只有X轴的动态坐标系,坐标系上的地球与参考星系(或瞬间观测到的星系)相对于坐标系作相互分离(退行)运动,坐标系相对于宇宙空间的运动状态与坐标系上质点的运动状态无关。这样一个瞬时等效坐标系我们称为S坐标系,如图(2)所示,它的说明如下:

X轴 X轴是过地球A点和参考星系(或瞬间观测星系)B1点的连
线或延长线上所设立的一条S系坐标轴。AB1直联线是人类观测星系B1的视向线,沿着这条视向线我们始终都能观测到a年前的星系B1,并且始终都能观测到星系退行速度V在这条线上的变化,所以把S系的X轴设在AB1直线或延长线上是恰当的。由于我们只考虑三个参数(星系视向分离速度V和分离总时间K以及光传时间a)在S系X轴上发生的变化量,所以Y轴无需设立,S系实际也只是有X轴的坐标系。
B1点 宇宙大爆炸后,由于宇宙膨胀星系B与地球的分离以及光信号传播时间的滞后,这使得我们在地球A上观测星系B时,总是只能看到它在a年前所发出的光信号,以及它以视向退行速度V远离地球,所以我们把B1点称为a年前星系B的所在位置点,又称为星系B的曾在坐标点,同时B1点又是我们观测星系B时的相对瞬时静止点,作为X轴的坐标原点。
A点 A点为地球观测位置点,(一般称为观测位置点),我们正是在这点上观测到星系B沿着X轴方向以视向退行速度V(或叫分离速度)远离而去,以及根据星系B在X轴方向上的速度、距离和时间的相应变化,虚拟地球A和参考星系各个时期所在X轴上的等效坐标位置点。A点和B1点的观测距离为AB1=a.C(a为星系B在B1点时的光信号到达观测者位置的时间,C为光速)。aC也为视向距离。由于S系X轴始终设在AB1连线上,所以这一距离既是观测距离又是这一距离在X轴上的等效距离。
A1点 当星系B在a年前的B1点发出被观测光信号时,如果我们假定地球A在X轴上相对于B1点的分离速度为VA(视向退行速度V=VA+VB)时,那么a年前地球在X轴上的等效位置A1点与现地球A点的等效距离应为:AA1=VA.a,即A1点为a年前地球A在X轴上的假想等效点。
B点 当我们在地球A上观测星系B的时候,却无法知道星系B在宇宙空间的真实方位以及它与地球A的实际距离,但我们可以假想它沿着X轴方向(即视线方向)以视向退行速度V与地球A相分离,现位于X轴上B点,它在X轴上与地球A的等效距离为AB=K.V(K为大爆炸宇宙从始至今的分离时间,K也等于大爆炸宇宙年龄T), B与B1点的等效距离应为B1B=a.VB。式中VB为星系B相对于B1点在X轴方向上的分离速度,它与VA和V之间的关系是:V=VA+VB。请读者特别注意AB=K.V为星系B与地球A在宇宙分离时间K内相互分离所产生的X轴等效距离,这一假想的等效距离理论上不等于地球A与星系B的实际距离。而B1B=a.VB为星系B于a年前与B1点相互分离所产生的X轴方向上的等效距离,与实际距离不等同。
当我们完成图(2)S系上各坐标点的描述后,X轴上地球与星系之间的相应坐标点以及线段关系和函数关系已经非常明朗,结果如下:
AA1=a.VA; AB=K.V; AB1=a.C; BB1=a.VB
线段关系有:AB=AB1+BB1; 即: K.V=a.C+a.VB    (1)式
即得: K =a(C+VB)/V (2)式 或: a=K.V/(C+VB) (3) 式
因为 V=VA+VB (2式)和(3式)也可写为:
K =a(C+VB)/(VA+VB) (4)式 或a=K(VA+VB)/(C+VB) (5)式
式中(V)为视向速度,VA为地球相对B1点速度,为星系B相对B1点速度。
式中K为大爆炸至今地球与任何星系相互分离的总时间,K其实也等于大爆炸宇宙年龄T, a为被观测星系的光信号到达地球的时间,或为观测光信号传递时间。
2、等效坐标系及数理分析
(一)哈勃常数(K =a.C/V或 a=K.V/C)只是笼统模糊地把星系的视向分离速度归结为单纯的星系远离地球运动,即认为星系的视向速度是星系远离地球的速度造成的,而地球相对星系是静止的。我们从以上的函数关式中可以戏剧性地看到,如果这个结论成立的话,那么哈勃常数不成立!但如果这一结论不成立的话,反而哈勃常数成立!因为:
如果成立就会有 VA=0 和VB= V,即地球在等效坐标上的速度VA为0,星系B在等效坐标上的分离速VB等于星系的视向退行速度V。(4)式和(5)式就变为:
K =a.(C+V)/V (6)式和a=K.V/(C+V) (7)式
显然,在(6)式和(7)式中,人们越是认为大爆炸宇宙遥远的星系视向退行速度V越大(或VB很大,甚至接近或超越光速),在(6)式和(7)式中的VB就越是不能被忽略,这就使得(6)式和(7)式越不可能有哈勃常数 K =a.C/V或 a=K.V/C的线性关系!而且宇宙时间K比星系观测年龄a大得多!例如当星系分离速度VB趋向或等于光速C时,就有:
K =a(C+VB)/VB=2a, (8)式或 a=K.VB/(C+VB)=K/2 (9)式
可见以数理函数关系得出的大爆炸的极限宇宙年龄与极限星系年龄不相等,而是几乎相差2倍!就是说,即使星系远离地球的速度为光速,天文观测到的最远星系距离也小于1/2宇宙年龄数!
至今仍有很多专家坚持认为可观测到大于宇宙年龄数光年的星系,如可观测到470亿、920亿光年以远的星系等等,如果这些学者专家不是大爆炸宇宙论者那一点问题都没有!反之则是个错误,因为即使星系系退行速度VB为无穷大,在(6)式(7)式或(8)式和(9)式中才可能有a→K,即才有观测星系光年数趋向于宇宙年龄数的可能!但这是绝对不可能的事!因为V 和VB一定是个有限的有理数,否则星系就无可观测!所以观测星系的光年数无论如何都必须小于大爆炸宇宙年龄数!更不用说大于宇宙年龄数了!由此可见,天文观测到光年数比大爆炸宇宙年龄数更大的星系恰好证明大爆炸宇宙学说的不成立!宇宙并不来自于大爆炸!这是一个充分而必要的证据!
以上所说的是指纯粹星系主动退行远离地球的情形,但如果假设星系不动,而作为观测者所在的地球在主动相对星系退行远离的话,那么情况正好相反,即无论地球的退行速度为多少,地球观测者所观测到的星系视向年龄a始终都与所谓的大爆炸宇宙时间年龄K成正比关系,即哈勃常数K =a.C/V或 a=K.V/C的线性关系!这时的哈勃常数是对的。因为当星系退行速度VB=0 和地球退行速VA=V时,(4)式和(5)式就会变为:
K =(a.C+a.VB)/(VA+VB)= a.C/VA =aC/V (10)式
a=K(VA+VB)/(C+VB)= KVA/C =KV/C (11)式
(11)式正是哈勃常数的关系式,当观测者所在的地球远离星系的速度VA趋向或等于光速C时,就会有:K =a,即大爆炸宇宙时间等于被观测星系年龄!从两者的时间与年龄上看是吻合的!这即是说大爆炸宇宙的哈勃常数理论是在地球主动远离宇宙星系时才可能得到的结果!
然而这又是矛盾的,因为在大爆炸宇宙中,不可能都是地球(银河系)主动远离星系,也不可能都是星系主动远离地球,而应该是两种情况都可能都存在!
3、微波背景辐射问题
很多专家都相信微波背景辐射是宇宙大爆炸的遗迹证据,然而微波背景辐射与宇宙大爆炸在时间逻辑上是矛盾的。因为微波背景辐射是大爆炸当时产生的,而不是连续不断产生的,而且微波背景辐射是以光速速离开大爆炸中心的,根据前面的计算公式知道,人类只能看到1/2宇宙年龄(68.5亿)以内的光速膨胀的物质,以此推断,大爆炸产生的微波背景辐射早已超越地球数十亿年了,所以天文观测的微波背景辐射肯定不是宇宙大爆炸产生的!这是个很简单的逻辑道理!究竟微波背景辐射来自何方?又是怎样产生的?读者可在我们另篇文章《极场旋转宇宙》中找到答案。 三、大爆炸宇宙是否各向同性的分析
哈勃常数所描述的宇宙膨胀是各向同性的,并且宇宙膨胀的星系分布相对地球也是各向同性的或对称的。然而大爆炸宇宙的星系膨胀在理论上则不可能是各向同性的或对称的!令人奇怪的是,科学家们一再声称,哈勃常数有很高的测量与计算精度,而且实际天文观测的宇宙分布也基本上是各向同性的!这与哈勃常数的计算和描述相当吻合,对此我们已无理由提出质疑,现在的问题是大爆炸宇宙膨胀星系的分布和速率是否是各向同性的?如果是各向同性的,则哈勃常数与大爆炸宇宙理论是对应相通的,反之则是没有逻辑关系的!甚至可以认为大爆炸宇宙模型不成立。 下面我们对大爆炸宇宙的各向同性进行具体的分析:
假设我们把地球前后两个一条直线上膨胀运动星系的坐标等效在一条坐标轴上研究,即得到如图(2)的结果。

在图(2)中,假设星系C和地球A以及星系B都朝同一方向(图中假设朝左边方向)运动,那么我们可以从图上很直观地看到:
KV1=a2C+a2VC (12)式 和 KV2=a3C-a3VB (13)式
如假设观测的两个星系距离相等,即令a2=a3=a 则上式变为:

KV2=aC+aVC (14)式 KV3=aC-aVB (15)式 两式比较结果有 KV3>KV2 即 V3>V2 或V3≠V2
或者假设V2=V3时,同样有a2≠a3
这两个重要的结果说明,星系与星系之间的视向距离与视向退行速度没有必然的正比关系,即a1.C/V1≠a2.C/V2…≠an.C/Vn…,
除非宇宙大爆炸根本就没有发生过!只要宇宙同时源于一次始于一点的大爆炸,那么宇宙前后或左右星系的视向距离和退行分离速率就不一定相等,大爆炸宇宙的星系物质分布就一定是各向不同性的!即在地球的某一方向上,离地球逾远星系密度逾小、逾稀疏,但在相反的方向上,离地球逾远星系密度逾大,逾近星系逾稀疏。这与天文观测到的实际宇宙不相符,也与哈勃常数对邻近星系的计算结果不相吻合!即大爆炸宇宙学说的原理与哈勃常数是矛盾和无关的!
此外,哈勃常数与哈勃定律之间的表述并不一致,因为哈勃常数表达式是以星系的全程分离距离中的一段距离(即视向距离a.C)与视向速度V之比去等同星系的全程分离时间K(或宇宙年龄T),星系的主要光信号传递时间并不包括在内。而哈勃定律则认为,距离逾远的星系其退行速度逾快。哈勃定律所指的星系距离显然是指星系与地球的实际距离,而不是指星系的观测距离,对于实际距离与退行速度成正比的哈勃定律,我们认为无论宇宙大爆炸理论是否成立,哈勃定律在物理学原理和逻辑上都是可以解释得过去的,但哈勃定律用哈勃常数来表述就有问题,因为在哈勃常数H0=a.C/V中,H0被认为是宇宙年龄(或是宇宙膨胀的全过程时间),也是一个常量,而a.C/V则是一个变量,即a1.C/V1≠a2C/V2…≠anC/Vn(在前面已被证明),这显然是不可等同的两个量。对于遥远星系来说,视向观测距离与实际距离的差别是巨大的,只有当星系与地球的距离相对很小分离速度又不大时,光的回程时间才可忽略不计,两种距离的差别才可能约等。
四、哈勃常数对宇宙学的重要贡献 必须认为,无论宇宙是否来自于大爆炸,也无论宇宙以什么方式膨胀,哈勃常数对于膨胀宇宙的计算都存在一定的问题!但哈勃常数对于实际邻近星系有近似的计算关系和结果,对宇宙生成模式的研究和探讨有三个十分重要的贡献:
第一,哈勃常数的计算结果能够说明宇宙是膨胀的,星系是退行分离的,否则就不会有多个星系表现出哈勃常数的规律。
第二,哈勃常数描述的实际膨胀宇宙并不按宇宙大爆炸的模式膨胀和退行分离!因为哈勃常数描述的实际宇宙是各向同性的,而大爆炸宇宙在数理逻辑上是各向不同性的。
第三,哈勃常数所描述的实际宇宙星系是不可能同时生成的,因为要有前后膨胀的两个星系的距离、速率和分离时间相等,二者的生成时间就一定不能相同。这是个非常重要的描述结论。
也正是哈勃常数在实际宇宙中有一定的近似规律和精度,才使得部分科学家对于宇宙大爆炸和哈勃常数深信不疑,但仍有部分科学家半信半疑或完全不信,因为哈勃常数存在不符合遥远星系的问题。而我们认为,人们争议的焦点应该不再是宇宙是否在膨胀以及哈勃常数是否成立的问题,而应该是宇宙按什么方式膨胀以及哈勃常数适用什么范围的问题!因为宇宙必须膨胀,而且必须相对一个宇宙中心膨胀的结论已无可争议!究竟宇宙按什么模式膨胀和分离?我们已有所研究发现!由于篇幅问题我们将在另篇文章《极场旋转宇宙》中解答,欢迎读者关注。 乘宇联系方式:信和微信号13877281888。

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作者:乘宇 2019/1/8 9:58:21 | 回复楼主 举报 TOP

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