从奥尔伯斯佯谬到宇宙微波背景辐射

徐政龙 原创 | 2014-06-07 16:24 | 收藏 | 投票

 

奥尔伯斯佯谬到宇宙微波背景辐射

徐政龙

 

200612月在浙江师范大学当研究生时初作完成,201462日修改)

 

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Olbers佯谬到宇宙微波背景辐射.

 http://www.360doc.com/content/14/0602/20/11111538_383068091.shtml.

 

摘要

本文对奥尔伯斯佯谬、哈勃红移和宇宙背景辐射作了物理学的统一解释,通过定量分析,把它们串联起来,解释了三个物理现象是同一个物理机制的三个方面的不同表现,从而揭露了宇宙大爆炸理论家的骗术之处。奥尔伯斯佯谬、哈勃红移和宇宙微波辐射在数量上的一致性,充分证明了宇宙大爆炸理论自始至终是完全错误的,没有半点正确的成份。现代宇宙学应当彻底摒弃这个统治宇宙学长达近一个世纪的理论。

引言

奥尔伯斯佯谬也称宇宙光度佯谬,被大爆炸理论家当作宇宙有限论的证据,然而,宇宙真的有限吗?如果奥尔伯斯佯谬不用宇宙有限论解释行得通吗?奥尔伯斯在1826年提出佯谬时,宇宙有限论是解开佯谬之迷的唯一途径。因而,奥尔伯斯佯谬被当做宇宙有限论的有力证据之一。然而,到了1929年哈勃发现河外星系的光谱红移后,实际上已经为解开奥尔伯斯佯谬提供了观察证据,可是,大爆炸宇宙学家却哈勃红移解释为河外星系远离地球而去使恒星发出的光产生多普勒效应,从而产生光谱红移,成为宇宙大爆炸的又一个证据。PenziasWilson1965年发现了宇宙微波背景辐射,更是一起解释奥尔伯斯佯谬和哈勃红移的有力证据,然而,宇宙大爆炸理论家又作了错误解释,把它作为宇宙大爆炸的余晖,并把宇宙微波背景辐射作为宇宙大爆炸理论的预言。奥尔伯斯佯谬、哈勃红移和宇宙微波背景辐射三个物理现象之间究竟存在怎样的关系呢?

1.奥尔伯斯佯谬的导出

1826年,奥尔伯斯(Olbers提出了一个佯谬:如果宇宙是无限的,宇宙物质是均匀分布的,在宇宙单位体积中的恒星数是一定的,假设每个恒星发光的功率都是相同的,若宇宙半径无限大,则地球受到的光照度为无限大,地球就会被星光烤碎。而实际上,夜空是黑暗的,地球表面的照度很小,更没有被星光烤碎。因此,上述假设是错误的。这就是Olbers佯谬。

要解释实际的夜空是黑暗的,只能承认宇宙半径是有限的。

2. 奥尔伯斯佯谬的新解释

从奥尔伯斯(Olbers佯谬提出的年代来说,当时尚未发现哈勃红移,要解释上述问题,当然是很困难的。

其实,任何人都承认宇宙空间存在介质,有原子、分子、离子和尘埃粒子,光通过介质必然受到吸收、反射、折射、散射、色散等现象,把光携带的能量传给介质。光的强度受到削弱(消光),星光的光子个数遵守负指数规律。

另一方面,正如在《论光子的衰变律》一文[1]中所指出的那样,光子在传播过程中,它的频率会发生衰减,光的频率衰减遵守负指数规律。

这样,一束光在传播过程中,光的能量以负指数规律衰减,解释奥尔伯斯佯谬成为轻而易举的事。下面从数学上解释Olbers 佯谬。

设在宇宙的单位体积里的恒星数,即恒星密度为n,每个恒星发光能量的功率为L0,对于单个恒星的星光,在距离为r处的地球上观察,恒星的视发光功率和照度必然呈负指数规律衰减。但由于原子、分子、尘埃对光的吸收只影响单个恒星的照度,而不影响宇宙里的光子个数,因为这些粒子吸收光子后,仍然要以同频率光子的形式辐射到宇宙里去,所以在计算地球所受光通量时,原子、分子、离子、尘埃粒子对光的吸收可以忽略不计。但是,这些粒子对光子的反射、折射、散射会改变光波的传播方向,从而增加了光子的传播路程,从而会使光子进一步产生红移。

发射光能的恒星也有吸收光能的作用,因而公式的指数上还需加上恒星等天体的吸收因子,这里暂时忽略不计。

如果宇宙半径为无穷大,则给地球的光通量,通过积分计算得到

I=cL0n/(H0+cα)                            1

式中c为光速,L0为平均每个恒星发光的功率,n为宇宙中恒星个数密度,H0为哈勃常量,α为宇宙介质对光子的吸收率。

上式可见,如果宇宙半径R为无限大,结果是有限的,宇宙恒星给地球的光照度是有限的。这样无限大的宇宙中的星光在地面上的照度不会无限大。由此可见,Olbers佯谬不存在。

其中c/(H0+cα)充当宇宙半径”R的作用;在忽略α的条件下,c/H0充当“宇宙半径”的作用。这就是所谓的“哈勃宇宙半径”。由于光传播距离的有限性,所谓的“宇宙半径”是有限的。

介质把光的能量吸收下来后,Olbers佯谬的支持者认为,这会使介质温度不断升高,以致发出可见光而使整个天空一片明亮。这同样不符合夜空一片漆黑的实际。这是宇宙大爆炸论者反对介质造成夜空黑暗观点的一个重要理由。

那么,宇宙中恒星发出的光能究竟到哪里去了?才使夜空一片漆黑呢?这就要用宇宙微波背景辐射来解释了。

3.光度的数值验证

夜空黑暗问题完全是由光子频率衰减造成的。Olbers佯谬不存在,意味着宇宙有限论的错误。

根据文献[2],通过计算,得到,宇宙空间中任何一点的照度为

I1=1.782×10-5W/m2                             2

如果考虑到a不等于零,则上述计算值还要小一些,即

I1<1.782×10-5W/m2                              3

实际上,地球附近观察到的值为

I=2.06×10-5W/m2                                4

而其中地球位于太阳系内,太阳系位于银河系内,银河系位于本星系团内,所以,地球附近的恒星特别稠密,应该比平均值大一些。地球附近1092颗最亮恒星给地球的光能[3]的功率达到6.91×10-6 W/m2,显然,银河系全部恒星发出的光能比6.91×10-6 W/m2还要大一些,所以,宇宙中全部恒星在地球表面的照度的实际观察计算值必然小于

              I2=1.369×10-5W/m2                            5

满足了小于1.782×10-5W/m2的条件,且在数量上很接近。可见,理论计算值和观察计算值符合得很好。

4.宇宙微波背景辐射起源的新解释

宇宙微波背景辐射是1960年代天体物理学的重大发现之一,现在被用来作为宇宙大爆炸的观察证据之一[4]。在大爆炸理论中,把哈勃红移解释为宇宙膨胀引起的光子多普勒效应,又把光度问题(奥尔伯斯佯谬)解释为宇宙的有限性和空间的膨胀。这样,宇宙微波背景辐射、奥尔伯斯佯谬、哈勃红移,原本是同一个物理机制的不同表现被宇宙大爆炸理论家肢解为三个不同本质的体系,都用于支持大爆炸宇宙学。本文,把哈勃红移(光子频率衰减规律)和宇宙背景辐射现象重新回归原位并统一起来作为同一个机制。

4.1数量解释

大爆炸理论家认为,如果宇宙是无限的,静止的,宇宙介质吸收了恒星发出的光能后就会使天空一片明亮,甚至能够把地球等天体烤碎,而实际上,夜空一片漆黑,地球也没有被烤碎。因此,不知宇宙中恒星发出的光能到那里去了?除非宇宙有限且在膨胀。宇宙微波背景辐射归于宇宙大爆炸的余辉,否则微波能量就无处来。这样一来,就把哈勃红移——光度——宇宙微波背景辐射这样一个统一的物理整体问题肢解为几个毫无关联的问题,再用宇宙大爆炸理论来作统一地解释。

本作者是大爆炸理论的反对者。反宇宙大爆炸理论认为,如果设想,恒星发出的光,其光子在宇宙空间的介质里运动,是阻尼运动,单个光子的能量就要损失,频率按规律衰减;在宇宙空间任何一处的光照度由(6)描述;空间介质一边吸收了恒星的光能,一边发生热辐射,在能量上达到动态平衡,光子的能量降低到微波背景辐射的能量,所以介质的辐射谱符合黑体辐射谱;宇宙温度如以下计算那样,由于温度很低,辐射的电磁波就是微波,这是不可见光,当然不会使夜空一片明亮,这就是宇宙微波背景辐射的来源。

如果把宇宙空间介质看成黑体,则遵守Stefan-Boltzman定律

                  R=σT4                                                                              6

这里,σ=5.67×10-8W/m2K4,Stefan-Boltzman常量(常数),又由于I跟(6)中的R的关系是R=I/4,从而有

                 T=(I/4σ)1/4                                (7)

利用I2=1.369×10-5W/m2作为式中的I,计算得

                T2=(1.369×10-54×5.67×10-8)1/4K                 (8)

这就是通过恒星光能来计算得到的宇宙微波背景辐射温度,由于I2的实际值还要小一些,所以T2的值实际也应该还要小一些,这跟目前公认的宇宙微波辐射温度的实际测量值2.725K很接近,高出的比例小于2.28%。即使如(8)式计算的T2=2.787K,比起Gamow的“预言”值5K仍更接近2.725K,也比PenziasWilson1965年的最初测量值3.5K更接近2.725K。数量级跨度如此大又由如此多的物理量构成的宇宙背景温度怎能巧合地凑出如此精确的物理量来?

    这里还需反问大爆炸理论,如果宇宙微波背景辐射的能量不来自恒星发出的光能而是来自宇宙大爆炸,那么,恒星发出的光能到哪里去了?宇宙大爆炸理论家为何不愿回答这个问题?

   结论:从数量上可以断定,宇宙微波背景辐射是宇宙介质的黑体辐射。宇宙介质对恒星发出的光能和宇宙介质辐射的微波在能量上达到动态平衡,因而,宇宙微波背景辐射呈现黑体谱。可见,宇宙微波背景辐射根本不是宇宙大爆炸的余辉。

4.2逆向推论

假定本文提出的理论是正确的,一个逆向的推理是利用宇宙微波背景辐射的精确测量值T=2.725K来计算哈勃常量

                      H0=CL0n/4σT4=3.305×10-18/s

=101.74km/Mpc                      (9)

式中km为千米,Kpc为百万秒差距。上述值非常接近于由哈勃的继承人A. Sandage 测量得到的于1961年宣布的结果,也是由de Vaucouleurs1978年后测量得到的结果,其值为96.68亿年,当然,说它的倒数是宇宙年龄就毫无道理了。

结论

宇宙中的恒星发出的光,被宇宙空间中存在的介质(主要成份为氢原子)进行不断的康普顿散射,频率呈负指数规律降低(哈勃红移),最终,恒星发出的光被转化为宇宙微波背景辐射,即不可见光,从而使夜空呈现黑暗。这就既解释了宇宙中恒星发出的光能的去处,消除了奥尔伯斯佯谬,又解释了宇宙微波背景辐射能量的来源。奥尔伯斯佯谬、哈勃红移和宇宙微波背景辐射是同一个物理学机制在三个方面的不同表现,不能作为宇宙大爆炸理论的基础。恰恰相反,三个现象有力地支持了牛顿宇宙观的正确性。也即,宇宙在时间上无始无终,在空间上无边无际。

参考文献

[1] 论光子的衰变律.

[2] 潘根,对奥伯斯佯谬、西里格佯谬和宇宙背景辐射的新探讨,天文学报,198712月,总第28卷第4.

[3] S.A.Korff. Density of Energy in the Universe. Physical Review. Vol44,Aug15,1933.

[4] 大爆炸宇宙学的历史.

 

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个人简介
1.本人为中学高级教师,理学学士,教育硕士。爱好天体物理学、理论物理学等;喜欢在宇宙学、教育、政治、哲学等方面发表见解。 2.到2016年2月,已经在价值中国网发表日志193篇,读书评论1400多篇。个人爱好是理论物理,尤其对天…
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