宇宙加速膨胀的动因和其数学原理

1、宇宙加速膨胀的动因及其数学原理吴锡雄摘  要：彻底厘清时空终极概念是让诸多天文爱好者了解宇宙运动真相的关键，基于此，通过一些简单的数学运算便能清晰揭示宇宙加速膨胀的动因和原理。关键词：时空形状  能量球面  天体分裂  宇宙更替The Reason of Cosmic Acceleration andIts Mathematical PrinciplesWu Xi-xiong（The Teaching Experimental Centre in east camp

2、us of SYSU, Guangzhou 510000, China）Abstract: To clarify the out-controlled ultimate concept completely is the key to make so many amateurs learn about the truth of the universe movement. For thispurpose, the reason of cosmic acceleration and its mathematical principles could beclearly rev

3、ealed through simple mathematical operation.Keywords: the shape of space time; energy sphere; celestial fission; universe replacement1、引言去年（2011）的诺贝尔物理学奖授予发现宇宙加速膨胀的3位科学家，引起无数天文爱好者的喝彩。有人便想当然地认为最后宇宙的星球都将会变成冰，有的猜想是什么暗能量在背后驱动使然。其实宇宙加速膨胀的原理简单得不能再简单，在笔者宇宙之展露悖论一书中曾就其

4、增幅的数量关系作过分析，下面专门将具体的数据介绍给读者，为的是让诸位一目了然，彻底看清宇宙的真正面目。问题虽然简单，但也要先谈谈宇宙原理。目前宇宙究竟有多大？其加速膨胀是星球加速运行吗？还是它的体积加速增大了？或者说它的边缘加速扩展了？也就是说它的“大”的参考界线在哪里？究竟“大”在什么地方？看来许多读者认同的是前者，以为星球的运行速度在不断地增大。要准确回答这样的问题，就要知道宇宙的形状究竟是怎么样的。2、时空的概念假如你从北京返回广州，有朋友可能问你乘坐的列车几点几刻经过武汉长江大桥、几点几刻到达广州终点站。可见，时间实际就代表着物体的位置，最新的时间就是物体最新的位置。而物体就是空间，因

5、此时间的实质就是空间的更新。那么，空间又是什么呢？空间当然就是我们现在站着的地方，也是你现在能够看到的乃至想象中能够探测到的地方。但是它有一个非常明显的界线，那就是，它仅限于现时现刻，在此刻之前或者此刻之后的一切都非空间，也是你无法探测到的。事实上它也根本不存在：哈勃太空望远镜固然可以观测到远达数亿光年的太空星系，但它是无论如何也观测不到甚至它自身昨天的样子，当然也观测不到它明天的样子。这种情况说明了空间仅仅是与时间同步的一个面，在这个面的“前”或“后”都不是空间。由此看来，人们长期以来一直将时间游离于空间之外的认识，是一个极大的错误。事实上任何时刻所代表的都是无可复制的新的空间，因此，空间和

6、时间是片刻不可分离的共同体。只是空间所代表的是物质自身的固有领域，时间则为该领域的面孔。基于人们生活的直觉感受，总以为星球以外的浩渺太空是一个静止空间，但事实并非如此，太空也在运动：昨日的太空并非现时的太空；现时的太空也并非明天的太空。太空更非宇宙的背景，真正的宇宙背景是时间的前或后。然而任一瞬时的前和后是任何人或仪器都无法探测到的，那正是反宇宙。什么是反宇宙？那是个运动方式与我们相反的宇宙。就是说我们的宇宙是以膨胀的方式运动，而反宇宙却是以收敛方式运动。正因如此，好比一片树叶的正反两面向背不可相顾一样，我们是不可能看到反宇宙的。3、时空的形状读者在日常生活中都知道，时间是不会转弯的，否则你就

7、可以看到以前的事物了！比如说在同一个村庄遇到的人就可能是昨天的他或者是去年的他，同样的情况别人看到的你也可能是儿时的你或简直就是你的父亲（你根本还未出生），这有可能吗？显然不是事实。那么，时空既为一体，所以空间运动事实上也不会转弯。由此我们自然会联想到，只要知道了时间的形状，那么它肯定也是空间的形状，当然也就是宇宙的形状。时间有形状吗？它是怎样的一个东西呢？其实在人们的脑海中早就把它形状化了，即所谓时光隧道、光阴如梳等等，不胜枚举。只不过人们一直把它当成了与我们齐步向前的平面。事实上时间并不是平面，举一个例子你就会明白：比如说一个宗族，从此前300年的一个祖宗算起，到目前已经发展到1000个后

8、代。如果你逐一访问这1000个人，问他们的那个祖宗有多少年历史了，相信每一个人都会说是300年，因为那是事实。也就是说他们宗支的历史出发点是相同的，衍变的时间也是相同的。形象地说，就是从一个点出发，辐射出1000个端点（如图）。而关键就在于那是1000个端点，并非一个端点。1000个辐射长度相同的端点构成的端面显然是个圆弧面，更为值得注意的是这个圆弧面正是时间的锋面，可见，时间是个不断向前的球冠面而非平面！人类的发展固然如此，事实上其它动植物乃至整个宇宙的发展模式也是如此，因此就自然宇宙而言，时间是个不断膨胀的球面。而引为注意的是那仅仅是个球面而已，而非球体，球体是现实中不复存在的逝去的历史轨

9、迹。至此可能会让读者们大觉诧异：照你这样说，岂非宇宙也是一个不断膨胀的球面？那些星球、山川、江河湖泊是球面吗！笔者的回答是：确是如此。自然界有一条很普遍的也可能让大家很容易忽略的规律就是：速度不同的物体不会在一起。比如说不同速度的两辆汽车能够走在一起吗？运行中的民航飞机和宇宙飞船能在一起吗？显然不能。但有一个惊奇的情况，就是宇宙万物跟光在一起，例如阳光、月光、灯光、荧光都经常陪在我们身旁。很显然，这就说明宇宙球面的膨胀亦即其径向增速与光速相同。可是，狭义相对论不是说一个物体的速度接近光速时质量达到无限大吗？慢着！它是指宇宙星球运行的基础上的物体速度，与此为两码事。宇宙的任何运动物体的速度都是叠

10、加速度，就是说微观粒子运动是被其整体运动运载的运动，而其整体运动又是被星系运载的运动，星系运动又是被其构成的联动系统运载的运动。这些运动的自然速度叠加使得构成宇宙的一切物体的所有能量粒子与宇宙球面的径向速度亦即光速达成一致。如果称最小粒子为能量粒子，那么整个宇宙的物体都是由能量粒子构成的。空间的量值也就是能量粒子的固有领域。显然这个量值是有限的，它亦即宇宙的总量值，与一个膨胀球面的极限状态的总量值相等，也正是它决定了宇宙的径向速度，因为这个速度刚好等于宇宙的所有能量粒子的共存速度而满足其展露要求。从时空一体的原理不难看出，只有速度相等的物体才是我们宇宙的物体。物体速度相等也即能量粒子速度相等，

11、换个说法就是所有构成宇宙的能量粒子的径向速度必须一致才是球面粒子，亦即展露粒子，否则为湮灭粒子。问题就在于，宇宙球面既然是不断膨胀的球面，也就是说这个球面的运动是个由小到大的过程，那么，宇宙这样庞大定值的能量粒子是如何放置在过去尚小时的球面上，而到了未来这个不断增大的球面，其增大部分的能量粒子又从何而来。这就是宇宙的展露悖论，也正是宇宙自身生命的真正意义。自然界给出了一个绝妙方案：它把球面尚小时搁置不下的能量粒子构成了物体组成宇宙联动系统，然后随着球面增大这些物体不断分蘖并释出能量粒子予以补充不断增大的那部分球面。物体组成的宇宙联动系统，使得构成这些物体的所有能量粒子通过连动的方式，与其球面径

12、向速度达成一致。由此可见，宇宙的生命过程，是物体以光速径向不断展开的过程，其形状正好是球面状，待到物体完全展开，这一轮宇宙的生命也就到了终结，它正好是一个球面的极限状态。令人不可思议的是，很容易证明极限状态的球面是个平面，也就是“点”，确切地说它是一个0半径的球面。所以，宇宙命途的终结也就是它的始点。剩下的问题就是，我们一眼看过去的大自然，都是些凹凹凸凸的东西，哪有些许平滑的球面？这也可能是最令人费解的问题。由于篇幅所限，笔者只能作些简单的解析。事实上在前面曾经说过，自然界的物体速度都是叠加速度，因此任何物体的移动都会导致其内隐速度发生变化。一个物体由于内部微观构造以及它在宇宙联动系统的位置的

13、独立性，从而形成它独立的球面应力定态，自然界显得凹凸不平，正说明需要改变这些应力定态的状况，而这些状况又反映出能量球面对物体的偶合态势。4、宇宙加速膨胀的实质及其数量关系至此，料想读者已经明白过来：宇宙加速膨胀的实质就是宇宙球面的增幅在增大，而这正是一个径向不断恒速膨胀的球面的性质。细节见之于下面式子：设：S为球面积，r为球半径。由于宇宙膨胀径向速度与光速C一致，故其半径可表示为r=Ct，S=4C2t2那么，径向恒速膨胀球面增量为：S=4(Ct+Ct)24C2t2=8C2tt+4C2t                

14、;                          （1）                                                    当t0得微分：dS/dt= 8C2t

15、                                （2）求导，得S”(t)= 8C2                                         （3） 

16、 上面（1）表示球面在小时间段内增幅情况，（2）表示宇宙球面即时增加速度，也就是瞬时球面增幅。而（3）就是宇宙球面膨胀的加速度，也就是任意两相邻球面的瞬时增幅差。从下面一些具体数据的列表和平面曲线(抛物线）中读者可能看得更清楚些。半径（r）球面积（S）球面增幅        0         0           010        1256        125620

17、       5024        376830        11304       628040        20096       879250        31400       1130460        45216    

18、60; 1381670        61544       1632880        80384       1884090        101736      21352100       125600      23864110       151976     &#

19、160;26376120       180864      28888130       212264      31400140       246176      33912150       282600      36424列表中左边一列数字为取增量为10的球面半径，中间数据即为对应的球面积情况，而最奇的是右边的数值，为对应的球面积之差，也即球面膨

20、胀的加速度。读者一眼就能看出球面半径的增速虽然为恒值，但球面积却是加速增加的，这就是宇宙加速膨胀的实质。它的任一后项增幅差与其前一项增幅差之比8C2/8C2=1。说明在球面径向速度不变的情况下，不断加速膨胀的宇宙球面却越来越显得平缓，也就是说球面膨胀率越来越小。不难证明，不断膨胀的宇宙球面到最后的膨胀率为0，这也是不断膨胀的球面的极限状态。而它正是宇宙的终结状态。确切地说，宇宙的自然更替点就在其膨胀率等于0的那一刻。这也就数据上说明宇宙的膨胀是有序的，它的增速严格受控于其径向速度，从而说明宇宙自身的生命是有序的，并非如自然爆炸状的无序状态。更因此值得注意的是，恒星的耗损（释出能量粒子）、收缩或

21、者分裂完全受控于这个能量球面的增幅。恒星发光发热的稳定性其原因也正在于此，读者们最好莫要乱猜。5、宇宙的半径和年龄那么，宇宙活到现在，它的年龄有多大了?它的半径又是多少？这里引用百度一段话：月光从月球传到地球的时间只要1.3秒，也就是说只眨了下眼的功夫。可是这么短的时间，它的路程却有38万多千米。并且月球轨道以3.8cm/y的速度向外偏移，也就是以每年3.8厘米的速度离地球而去。再看维基百科的描述：当年美国航天员登陆月球时曾在月球表面放置了一面镜片，由于月球是永远以同一面朝向地球的，那面镜片也永远面向地球了。科学家从地球向月球上的镜片发射激光束，再纪录光束反射回来所需的时间，便能准确计算出地球

22、和月球间的距离。这个测距方法精度极高，地月之间远达384,000千米的距离，误差仅有3厘米。全靠这么高的精度，我们才发现月球正以约每年3.8厘米的速度远离地球。实际上以上两个数字之比38×10-8/3844便是宇宙球面当年的膨胀率，所以：已知：月地距为384400（km）， 月球每年远离地球的速度为3.8cm， 1光年=31536×103C（km）.设：Q为宇宙年龄，1年前宇宙半径为L，光的年速为u,则: u= 31536×103C（同时亦是光1年走过的距离）.即：目前宇宙半径为：R=L+u     &#

23、160;        （1）宇宙年龄：Q=R/u                          （2）            即有：38×10-8/3844=u/(L+u)      3844×31536×103C=38×10-8（L+31536×103

24、C）            解得：              L=957778947368代入（1）（2）式：   R=957578947368（km）                              Q=10115789473（年）.这还是当年的测

25、算结果，距今已将近51年。月球以每年3.8厘米的速度远离地球而去，并非“潮汐鎖定”的结果，而是宇宙球面膨胀的结果。从以上推算结果可知，宇宙的年龄既非150亿年，更非200亿年。今年是人类纪元2013年，它同时又应该是宇宙纪元10115789473+51年(约101亿年）。据此还可以估测到地球正以每年大约15米的速度离开太阳而去。以上导致一个值得关注的问题就是：如果我们地球真的以每年大约15米的速度离开太阳而去，那么，我们就根本不用担心地球会变热。温室效应也不过春寒秋暖而已，并不会坚持太久，倒是该尽早提防变冷才是。笔者总觉得，地球离开太阳而去必定与唤起生物生命有关，无疑也与生物终结有关。当到了某一天，你不经意间抬头仰望天空，猛然间发现太阳小了许多，精灵们的命运可就难说了。由此可知，宇宙之所以加速膨胀是由于其恒