仔細觀察哈勃定律所描述的原滋原味(沒有任何假設)的宇宙學紅移本質(2.2.4.6)式和(2.2.4.7)式不難發(fā)現,哈勃定律給我們帶來的是無限的問題,具體來講就是光(電磁輻射)的傳播距離是無限的,這就導致了奧伯斯佯謬的出現,彰顯與實際觀測的矛盾,即無限星空之夜看上去不是白晝的矛盾現象。
目前,無論采用天體之間有吸光物質、天體壽命有限或天體有演化、引力常數隨距離而變化等等解釋都難以解決奧伯斯佯謬。雖然在現代的膨脹宇宙模型里,奧伯斯佯謬不存在,但那是建立在大爆炸假設情況下的假設表象。我們能不能不用假設也能解決這個問題呢?現在就讓我們嘗試用周堅紅移定律來描述宇宙學紅移的本質吧。
將周堅紅移定律(2.2.3.1)中的分子項進行加1減1處理,則有:
(2.2.5.1)
將上式整理得:
(2.2.5.2)
將上式再整理得:
(2.2.5.3)
將紅移的定義式(2.1.2.1)代入(2.2.4.3)式,則有:
(2.2.5.4)
整理后則有:
(2.2.5.5)
進一步整理后則有:
(2.2.5.6)
將上式兩邊同乘以hc,則有:
(2.2.5.7)
依據光子能量與波長的關系式(2.2.4.5)式,(2.2.5.7)式中的hc/λ就是觀測者觀測到天體輻射光子波長為λ的光子能量,我們將它稱之為觀測光子能量,并用“Eλ”來表示,式中的hc/λ0就是天體輻射原始波長為λ0的光子能量,我們將它稱之為本征光子能量,并用“Eλ0”來表示,于是(2.2.5.7)式就演變成如下形式:
(2.2.5.8)
式中,r是天體到觀測者之間的距離,單位是Mpc,α是宇宙學紅移常數,在這里也可以理解為衰減常數,即α=H0/c=0.000236830508/Mpc。由此可見,由周堅紅移定律直接導出的(2.2.5.8)式說明,觀測者(我們人類)觀測到天體輻射的波長為λ的觀測光子能量Eλ與天體輻射原始的波長為λ0的本征光子能量Eλ0成正比,與1減去光子傳播到觀測者面前的距離r乘以宇宙學紅移α的積的差成正比,為了論述方便,同時也為作者在發(fā)現該規(guī)律的過程中所克服的困難以及做出的貢獻,不妨冠以發(fā)現者的名字,將它稱之為周堅光子能量觀測定律。
仔細觀察周堅光子能量觀測定律(2.2.5.8)式不難發(fā)現:
1 天體輻射某一波長為λ0的本征光子能量是一個固定值Eλ0;
2 觀測者觀測到天體輻射的該光子(波長為λ0的光子)發(fā)生紅移后的波長為λ的觀測光子能量Eλ是隨觀測距離r的增大而減小;
3 當觀測距離增大到某一特定值的時候,觀測者觀測到天體輻射的該光子(波長為λ0的光子)發(fā)生紅移后的波長為λ的觀測光子能量Eλ就減小為0;
4 觀測者觀測到天體輻射的該光子(波長為λ0的光子)發(fā)生紅移后的波長為λ的觀測光子能量Eλ減小為0就意味著觀測者已經觀測不到該天體的波長為λ0的光子輻射特征;
5 依據光子能量與波長的關系式(2.2.4.5),觀測者觀測到天體輻射的該光子(波長為λ0的光子)發(fā)生紅移后的波長為λ的觀測光子能量Eλ減小為0的結果就意味著觀測者所觀測到的波長λ為無窮大;
6 依據光子能量與光子頻率關系式(2.1.1.2),觀測者觀測到天體輻射的該光子(波長為λ0的光子)發(fā)生紅移后的觀測光子能量Eλ減小為0的結果就意味著觀測者所觀測到的輻射頻率ν為0;
7 輻射頻率ν為0的任何天體即便存在,相對觀測者而言也是觀測不到的存在。
實在是難以理解(就是作為解析宇宙學創(chuàng)始人也是如此),我們還是以實例來說吧。比如觀測我們人類最為熟悉的賴以生存的太陽,已知太陽輻射的峰值波長是λmxa=0.495μm(林元章,太陽物理導論,科學出版社,2000,P17),依據光子能量與波長的關系式(2.2.4.5),該波長的光子能量Eλmax0=hc/λmxa0=6.6260755×10-27×299792458/0.000000495=4.01310515×10-12erg(爾格),這是觀測距離為0時候觀測者觀測到的太陽輻射的峰值波長λmxa0的光子能量,它是波長為λmxa0的本征光子能量。圖2.2.5.1是依據周堅光子能量觀測定律(2.2.5.8)式計算的觀測太陽輻射峰值波長λmxa光子能量Eλmax隨觀測距離r變化的關系圖。
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圖2.2.5.1 觀測太陽輻射峰值波長λmxa光子能 量Eλmax隨觀測距離r變化的關系圖 |
從圖2.2.5.1中我們可以看出,隨著觀測距離的增大,觀測者觀測到的太陽峰值波長的光子能量以線性變化規(guī)律在減小,直到觀測到的太陽峰值波長的光子能量減小到0為止。為了觀察近距離的觀測情況,我們將圖2.2.5.1的橫坐標(距離坐標)取對數坐標,其在對數坐標下的觀測太陽輻射峰值波長λmxa光子能量Eλmax隨觀測距離r變化的關系圖如圖2.2.5.2所示。
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圖2.2.5.1 在對數坐標下觀測太陽輻射峰值波長λmxa光子 能量Eλmax隨觀測距離r變化的關系圖 |
從圖2.2.5.2中我們可以看出,在大約40Mpx距離以內的觀測距離上觀測太陽輻射峰值波長λmxa光子能量Eλmax幾乎是觀測不出任何變化的,這就是我們?yōu)槭裁粗两癫虐l(fā)現宇宙學紅移本質的真正原因,這也是我們至今才知道太陽離我們遠到一定程度后就觀測不到它的觀測事實,以至于現在我們才真正明白為什么奧伯斯佯謬不存在,而且這種不存在是在沒有任何假設前提下的不存在。