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“哈勃常数”与“空间封闭”讨论

(2015-02-01 10:55:35)
标签:

球面

质点

三维空间

二维空间

奇点

 

“哈勃常数”与“空间封闭”讨论

 

杨明昆  王严学  杨昭国

(ygyzg@126.com)

 

    摘要:“哈勃常数”的本质,就是质点(天体)的运动,满足“同点同时、同向同速”。在一个被“高维度”“封闭”的“低维空间”内——我们生活的“三维空间”,就是一个被“第四维度”“封闭”的“三维空间”,质点之间满足“同向同速”,如果再满足“同点同时”,那么就会产生“哈勃常数效应”,而“奇点大爆炸”正好提供了“同点同时”的条件,于是就出现了“哈勃定律”。

    关键词:哈勃常数;空间封闭;三维球面;奇点;大爆炸

 

    1.“哈勃常数” [1][2]

    哈勃常数,也称哈勃定律。在物理宇宙学里,哈勃定律表明,来自遥远星系光线的红移与它们的距离成正比。以方程表示V=H0D;其中,V是由红移现象测得的星系远离速率,HO是哈勃常数,D是星系与观察者之间的距离。

    2.“空间弯曲”

    广义相对论认为,由于有物质的存在,空间和时间会发生弯曲,而引力场实际上是一个弯曲的时空。[3]

在广义相对论中,引力被描述为时空的一种几何属性(曲率)。[4]

 

“哈勃常数”与“空间封闭”讨论
图1

    因此,“引力”可以认为是一种“空间弯曲”。万有引力源于“质量”,“引力场”对应着“弯曲的空间”。从本质上来说,是“质量”对应着“空间弯曲”——“质量弯曲空间”!

    3.“空间封闭”

    “高维度”可以对“低维度空间”进行“封闭”。

    3.1“第二维度”对“一维空间”的“封闭”

    一维空间里,有一对主要方向:左右。

    如果在一维空间——直线之外,有一个“质量中心”P0,到一维空间——直线的距离为R,那么这个一维空间——直线就会向P0发生“弯曲”。  

    假如这个质点P0的质量m足够大,达到了满足R=2Gm/c2(G为引力常量,c为光速),那么,这时的质量m就将“一维直线”“弯曲”成了“圆”:“封闭的一维空间”——称为“第二维度”对“一维空间”的“封闭”,R为质点P0的史瓦西半径,从而形成一个“二维空间”——“圆面”。

 

“哈勃常数”与“空间封闭”讨论
图2

    这时,在“一维空间”——“圆”上的“物质”,都应该是以“光速”运动。

    上述的“圆”和“第二维度”,就构成了一个“二维空间”——“圆面”。这个“圆”称为“二维空间”——“圆面”的“视界”。

    3.2“第三维度”对“二维空间”的“封闭”

    二维空间里,有两对主要方向:左右、前后。这两对方向是正交的。从数学方面讲,它们在两条不同的坐标轴xy上。

    如果在二维空间——平面之外,有一个“质量中心”P0,到二维空间——平面的距离为R,那么这个二维空间——平面就会向P0发生“弯曲”。  

    假如R正好是这个质点P0的史瓦西半径,那么,这时的质量m就将“二维平面”“弯曲”成了“球面”:“封闭的二维空间”——称为“第三维度”对“二维空间”的“封闭”,形成了一个“三维空间”——“球体”。

 

“哈勃常数”与“空间封闭”讨论
图3

    这时,在“二维空间”——“球面”上的“物质”,也都应该是以“光速”运动。

    上述的“球面”和“第三维度”,就构成了一个“三维空间”——“球体”。这个“球面”称为“三维空间”——“球体”的“视界”。

    3.3“第四维度”对“三维维空间”的“封闭”

    三维空间里,有三对主要方向:上下(高度),南北(纬度),东西(经度)。这三对方向两两正交,也就是说,它们两两成直角。从数学方面讲,它们在三条不同的坐标轴xyz上。

    同样地,如果在三维空间——“球体”之外,有一个“质量中心”P0,到三维空间——“球体”的距离为R,那么这个三维空间——“球体”就会向P0发生“弯曲”。  

    假如R正好是这个质点P0的史瓦西半径,那么,这时的质量m就将“球”“弯曲”成了“三维球面”:“封闭的三维空间”——称为“第四维度”对“三维空间”的“封闭”,形成一个“四维空间”——“球柱体”(球体为“盖”的柱体)。[5][6]

 

“哈勃常数”与“空间封闭”讨论
图4

    这时,在“三维空间”——“三维球面”上的“物质”,也应该是都以“光速”运动。

    “三维球面”和“第四维度”,就构成了一个“四维空间”——“球柱体”。这个“三维球面”称为“四维空间”——“球柱体”的“视界”。

    数学中,“三维球面”是球面在高维空间中的类比客体。它由四维欧几里德空间中与一固定中心点等距离的所有点所组成。寻常的球面(或者说二维球面)是一个二维表面,而三维球面是一个具有三个维度的几何客体。

在四维欧几里德空间中与P0点有相同距离R的所有点的集合能形成一个超曲面,称为三维球面。此超曲面之包含空间(“球柱体”——球体为“盖”的柱体——“特殊的”“圆柱状空间”)的超体积为:V=2π2R3

    纯空间性的四维空间另有一对垂直于其他三个主要方向的主要方向。这一对方向处在另一条同时垂直于xyz轴的坐标轴上,通常称作w轴。这些额外的方向处于(实际上是垂直于)我们所能观察到的三维世界中的方向之外。[5][6]

    4.“宇宙空间”

    我们生活的“空间”就是一个“三维空间”——如果受到来自“第四维度”的引力影响,也可以被“第四维度”“封闭”,形成一个“四维空间”——“球柱体”。

    因此,可以认为全部的“宇宙空间”就是一个“特殊的”“圆柱状空间”——以“三维球面”为边界的“球柱体”:“底面半径为Rs、高为2πRs(π为圆周率、Rs为“第四维度中心质量的史瓦西半径)的圆柱体”,不过,只是该“圆柱体”的两端是重合的。

 

“哈勃常数”与“空间封闭”讨论
图5 “宇宙空间全景”示意图

 

“哈勃常数”与“空间封闭”讨论
图6 “球柱体”示意图

    5.“平面上的‘哈勃常数’”

    在平面上,若设从O1点出发的质点P,在O1P方向上的速度分量大小为v,另有一质点B,是从O1点与质点P同时出发的,其运动速度v2在O1P方向上的分量大小也是v——“同点同时、同向同速”,并设质点B在质点P“视向”上的速度分量的大小为v1,即质点B相对O1点的运动速度(大小为v2),可以分解为在O1P方向上的分量(大小为v)与在质点P“视向”上的速度分量(大小为v1),则有v/r=v1/BP。令BP=D,v1/D=H0,因此有H0=v1/D=v1/BP=v/r。

 

“哈勃常数”与“空间封闭”讨论
图7

    6.“球面上的‘哈勃常数’”

    6.1“测地线” [7]

    在大地测量学(测量地球的尺寸和形状的科学)中,测地线是连接地球表面两点的最短距离。近似地,这条线是一个大圆上的弧,比如经线和赤道。这些路径显然不是直的,因为它们沿着地球的弯曲的表面延伸。

测地线的性质和直线是不一样的。例如,在平面中,平行线没有交点,但是地球表面的测地线却有交点——在赤道处平行的经线在极点处相交。

 

“哈勃常数”与“空间封闭”讨论
图8

 

“哈勃常数”与“空间封闭”讨论
图9

    6.2“球面上的‘哈勃常数’”

    在球面上,若设从O1点(称为“极点”)出发的质点P,在O1P方向上沿“测地线”的速度分量大小为v,另有一任意质点B,是从O1点与质点P同时出发的,其运动速度沿“测地线”方向上的分量大小也是v——“同点同时、同向同速”,并设质点B在质点P“视向”上的速度分量的大小为v1,则有v/弧O1P=v1/弧BP。令弧BP=D,v1/D=H0,因此有H0=v1/D=v1/弧BP=v/弧O1P(弧:系大圆上的弧)。

 

“哈勃常数”与“空间封闭”讨论
图10

    7.“三维球面”上的“哈勃常数”

    我们有可能在上述的“三维球面”——“球柱体”的“视界”之中吗?

    7.1“能量奇点”

    “光子能量”是组成“奇点”的物质,“奇点”应该称为“能量奇点”。[8]

因此,“奇点”可以以光速运动。

    7.2“同点同时”

    我们的“宇宙”起源于一次“奇点”“大爆炸”。[9][10]

    在100-200亿年之前,宇宙生之于一次“大爆炸”,物质都由爆炸中创生。[10]

 

“哈勃常数”与“空间封闭”讨论
图11

    所以我们的“宇宙”的所有“物质”都是“同点同时”开始运动的——“同点”:“奇点”,“同时”:“大爆炸”。

    7.3“同向同速”

    整个“奇点”原来以光速运动,其“大爆炸”后产生的所有物质,将仍然保留在“同一方向”上的“光速分量”(另文讨论——笔者注)。

 

“哈勃常数”与“空间封闭”讨论
图12

    7.4“三维球面”上的“哈勃常数”

    由上述可知,我们现在所在的“空间”——“三维空间”——“三维球面”,满足了“同点同时、同向同速”的条件,所以也产生了“哈勃常数效应”:“红移现象”。

 

 

参考资料:

[1]《哈勃常数》百度百科

[2]《哈勃定律》维基百科

[3]《阿尔伯特·爱因斯坦》百度百科

[4]《引力》维基百科

[5]《四维空间》维基百科

[6]《三维球面》维基百科

[7]《广义相对论入门》维基百科

[8]《“奇点物质”讨论

[9]《宇宙奇点》百度百科

[10]《大爆炸》百度百科

[11]相关资料请参考《“引力场”与“空间场”

(杨明昆 王严学 杨昭国期待您的交流、讨论  ygyzg@126.com)

 

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