宇宙学红移的可能解释张编者按“操百花齐放百家争鸣的方针是促进艺术发展和科学进步的方针是促进俄国的社会主义文化繁荣的方针艺术上不同的形式和风格可以自由发展科学上不同”的学派可以自由争论宇宙学红移现象的解释是近代天体物理学的一个重要问题在科学上和哲学上都具有一定的意义本着百家争鸣的精神本刊把张操同志的这篇文章连同对该文的不同意见一起发表出来供大家讨论提要本文通过分析光在宇宙空间中传播的性质对真空电磁波方程作了扩充结合了光的量子概念为宇宙学红移提供了一种可能的解释且对光子静止质量的理论值作了估计我们越远的星系后退得越快我们观测到的宇宙正在一宇宙学红移及宇宙膨胀论宇宙学红移的发现已有接近半个世纪的历史它是当前科学上迫切需要解决的一个重要物理问题年哈勃和哈马森总结了当时观测到的河外星系光谱的资料发现多数河外膨胀着相对论宇宙学从理论上为宇宙膨胀论提供了依据而且进一步推论得整个宇宙在几十亿年前是个体积极小的“原始火球”由于一次大爆炸而突然创生以后不断膨胀根据这个观点宇宙在时间上是有限。的在空间上是有中心的例如爱因斯坦本人也赞同这星系的光谱线都向红端移动移动的量与河外星系离我们的距离大致成线性关系由于这个发现常把河外星系谱线红移称为宇宙学红移种观点他曾计算出宇宙年令为年〔很显然这种大爆炸宇宙学只是上帝创世说的翻版是与辩证唯物论背道而驰的综上所述如果我们能够从多普勒效应外的其他如果不包括类星体的话目前观测到的河外星系的最大红移为大红移扩展了一般地表达为。〔】比最初建立哈勃关系时的最途径来解释哈勃关系的话宇宙膨胀论便失去了观测个数量级山达奇〔在详基础功国外曾有人企图从引力红移光子老化光子一细分析了近期观测数据后指出如果把红移距离关系光子相互作用等角度来解释宇宙学红移在六但都没有成护二一,年代后,类星体的巨大红移的发现引起了式中。为红移度它与”为星系离我们的距离二‘为光速人们极大注意迄今发现的最大红移已达目前尚未得到一致的结论因此,但关,为哈勃常数则在士范围内没有重要的差别因而更加坚定了为于类星体红移是否满足哈勃关系的问题争论很热烈对哈勃关系作出哈勃关系︸一合理解释将有助于对类星体红移的正确认识恩格斯早就精辟地指出“娜证法对今天的自然科也已注的情况哈马森和山达奇等人对于意到线性关系稍微存在偏离按照夭文学的传统解释谱线红移是由于星体向学来说是,,典的思维形式因为只有它才能为自然界中所发生的发展过程为自然界中的普泊联系为从一个研究领城到另一个研究领城的过渡提供类比并从而经供说明方法川我们认为要了解星系光谱线观测者退离时的多普勒效应引起的红移的与后退就得出了这样的结论离速度成正比结合到式第恩格斯《自然辩证法人民出版社期红移的原因应当从光的内在性质以及光与其他物质本文分析了光的传播特性认为,通过扩充真空电磁波方程可以为宇宙学红移提供一种可能的解释相互作用上去找寻式中拜是一个与光子静止质盈有关的参量二对于沿方向传播的平面波可以证明方程的介具有如下形式才,一一拜一”右若一一,民二二主要思路式中叙二一,是含有二一。的任意函数及光的本质是电磁波麦克斯韦,它在真空中自由传播时是用是单位矢和式劝的物理意义是传播电场强度及磁波动方程飞一上夕旦场强度的波包值以光速呈指数衰减传播过程中其绝对值是具有客观量纲的物理量它们在但由于人传播过程中衰减的原因是需要具体分析的,上塑口们习惯于接受量子力学中波函数的统计解释从方通常把矿和矿的衰减理解为光子数的衰减这种传统观念使描写的和分别表示电场强度和磁场强度人们忽略了另一种可能性下一节予以说明程的解可以推理得光在真空中传播时频率不变我们知道麦克斯韦波动方程是在地球线度的实—频率衰减关于此将在从电动力学知道电磁波能流密度的绝对值为验上总结出来的因此我们可以提出这样的问题当把这个在有限范围内总结出来的具体公式一下子运用到巨大的宇宙学线度时它是否完全适用呢二兀地球线度为光秒数量级太阳系线度为光小时而宇宙学线度达理论的基础是实践接收到的河外星系把式钓代入可得,一”一,百亿光年式中一系一‘的函数式,表示电磁光谱线频率改变的事实提出了这样的可能性从宏观条件下总结出来的麦克斯韦方程在宇宙学线度上需要进行扩充其具体理由如下宇宙空间中除了极为稀薄的星系际介质外也波的能流也是以光速传递的的大小随距离作指数衰减传递过程中能流密度三、宇宙学红移的可能解释不是一无所有的虚空又发现了各向同性的宇宙空间存在着引力场近年联想到态最,”背景微波辐射因此可以在宇宙空间到处存在着物质场的特殊形“光本身具有波粒两象性从光子概念能流密度定单位时间内通过单位面积的光子总能量考虑到光子能最与频率有关系加因此在固定点测得义为—均匀的真空”背景从目前实验精度容许光子具有微小的静止质的某一频率,的能流密度为。丙”“非零静质最的光子在传播过程中将不断与真空背景相互作用使光子把部分能量传递给“真空”背景即使这种相互作用分微弱但是在光传播成亿年普朗克常数的光子数即光子通式中无为。为单位时间内通过单位面积从光的波性及从光的拉性两数量级的长时间后能够导致可观察的效应电磁波的能量是以群速度传递的群速度代表个方面来计算能流密度在数上应该是相等的把式‘代人式消去常数几便得月”波包的传递速度由于观测到的光在真空中的群速度因此麦克斯韦波动方程式同样适用于描述电为磁波波包的传播当电磁波与介质相互作用时电磁波的衰减作用表现在方程中是引入一项对时间的偏导数项对于”非零质最光子与“真空背景相互作用的情况我们设想也需引入相类似的一项目月口一醉对于光在真空中传播的情况平面波中的光子通不会减少即,。。上式便化为,口一任,当考虑到非平面波的更一般情况时上式可写为,二,一,,式率中为光源处频率吞义,为相距处接收到的频,根据上述思路学线度上我们提出如下基本设想在宇宙根据红移度的定义义一描述电磁波波包在真空中自由传播的方程,凡一的形式”’、一令最叮十凡二人把式代人得到,一二,一仔豪,由于观侧到的多数河外星系的红移因此对式只需展开到一次项有第,卷‘并目前实验得到的光子静止质量上限为二「它与哈勃关系式是一致的对比两式得拌‘实一“一。克可见理论值完全是在实验上限值的范围之内于‘一公里秒可计算得一二应该注意到百万秒差一拜是一个极其微小的量因此基本哈勃常数的现代值约在距如果取”一方程灯与通常的电磁波波动方程度上均可以忽略不计一的差别在一般线为例一一一则由式一以太阳系线度”刀为光年厘米数量级一四与的差别也只是数量级正象哈马森等指出当时红移一距离关系这样的差别在目前实验精度上是很难检验出来的此因仅取一次项是不够的与线性有所偏离因此对式有必要取展式的高次项并且把式中的物理量转化成,在太阳系范围内麦克斯韦波动方程是足够精确的对于微观线度更是如此观测量之间的关系式以便直接与观测值比较星系的视星等是一个可观测量从狭义相对论的观点来看本文的基本方程于引进了一次偏导数项三兰由便不一根据视星等与距推算得”,·离的确定关系在一时可以从式,‘·一李一口了及止兰李口翩再满足洛仑兹在一般宏观线度上协变性但正像上面指出的号式中二为视星等次项,·一。成的偏离实际上检验不出来至于在宇宙学线度上洛仑兹协变性是否成立则由于”造是需要深入研究的为绝对星等。约为可忽略的高本文的基本观点与传统理论存在不同之处面较广有待于深人地研讨涉及十分有趣的是‘。一“这个表达式与相对论宇宙学推得的关系式川,,击口,一一自然界本身是不断发展的永远不会停留在一个水平上因此人类对自然的认识也应该不断发展不断前进希望本文在宇宙学红移的物理解释方面能起到一点抛砖引玉的作用式中的是十分相似的但却有完全不同的来源刃参考召,文召夕夕献称为减速参数它表征了宇宙膨胀过程中的减速度按本文的观点宇宙并不膨胀当然不会出现〔为。是在实这样的量根据山达奇最近的估计古,艺亡验误差范围内的【爱因斯坦相对论的意义》科学出版社四关于光子静止质量及其他与量子场论中的矢。、,如果把本文的基本方程式」岁玄丑勺叮量介子场方程相比较可以发现它们的静态形式是一“致的因此方程中常数系与光子静止质量迎之万有如下关,丑公落诉云。。邵召云刀饥夕尸,五”把式及〔的值代人即得阴一器一‘‘‘。一克‘·,第,期,