宇宙微波背景輻射各向異性的物理意義

文/劉泰祥

現(xiàn)代物理學(xué)認(rèn)為，宇宙微波背景輻射是一種充滿整個宇宙的微波電磁輻射。1965年，美國貝爾實驗室的工程師阿諾?彭齊亞斯（A.Penzias）和羅伯特?威爾遜（R.Wilson）意外發(fā)現(xiàn)了它，兩人因此共同獲得1978年的諾貝爾物理學(xué)獎。

后來人們在不同波段上對微波背景輻射做了大量的測量和研究，發(fā)現(xiàn)它在一個相當(dāng)寬的波段范圍內(nèi)良好地符合黑體輻射譜，對應(yīng)溫度大約為2.7K，并且在整個天空上是高度各向同性的，只是具有一個微小的偶極各向異性：在赤經(jīng)11.3±0.1 h，赤緯 4±2°的地方溫度略高，在相反的方向溫度略低。

1977年，美國科學(xué)家喬治?斯穆特（G.Smoot）發(fā)表題為《宇宙微波背景輻射的黑體形式和各向異性》的論文，并因此與約翰?馬瑟（John C. Mather）分享了2006年諾貝爾物理學(xué)獎。斯穆特在論文中指出：“我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了宇宙黑體輻射各向異性，觀察結(jié)果很容易被解釋為是由于地球相對于宇宙黑體輻射運(yùn)動速度為390±60千米/秒。”[1]

斯穆特團(tuán)隊作出的地球相對于宇宙黑體輻射運(yùn)動的結(jié)論被稱為“新的以太漂移”。2002年，北京石油化工學(xué)院教授董晉曦在一篇論文中評論道：由2.7K微波輻射各向異性所顯示的“新的以太漂移”，清楚地證明了絕對運(yùn)動的存在，這表明絕對坐標(biāo)系將會以某種新的形式重返物理學(xué)。[2]

我們知道，地球的運(yùn)動是在太陽引力場中的運(yùn)動，那么390千米/秒的速度是否為地球相對太陽引力場的速度呢？推導(dǎo)如下：

如同地球引力場相對地球靜止一樣，太陽引力場相對太陽是靜止的。我們習(xí)慣于以系外恒星為參照系（不考慮太陽的自轉(zhuǎn)）觀測行星的運(yùn)動，如果以太陽為參照系，行星的運(yùn)行參數(shù)將完全不同。

上述兩種參照系下，各行星運(yùn)行數(shù)據(jù)見下表[3]。從表中可以看出，以太陽為參照系時地球的公轉(zhuǎn)速度345千米/秒，這與地球相對微波背景的運(yùn)動速度390±60千米/秒是基本吻合的。

當(dāng)然，表中給出的速度是根據(jù)太陽自轉(zhuǎn)的恒星周期25.38天計算得出的，這個周期相當(dāng)于太陽在緯度26°的自轉(zhuǎn)周期。根據(jù)維基百科提供的數(shù)據(jù)，太陽在赤道處的自轉(zhuǎn)周期是24.47天，根據(jù)這個數(shù)據(jù)計算出的地球公轉(zhuǎn)速度約為413千米/秒。另外，計算中沒有考慮太陽赤道對黃道傾角7.25°、也沒有考慮太陽內(nèi)部物質(zhì)的渦運(yùn)動，而且計算采用的是地球公轉(zhuǎn)軌道的半長徑。

由此筆者認(rèn)為，所謂“地球相對微波背景的運(yùn)動”本質(zhì)是地球相對太陽引力場的運(yùn)動，即上述所謂“微波背景”是指太陽引力場而已。可見，地球相對太陽引力場的運(yùn)動就是董晉曦教授所說的絕對運(yùn)動。這個觀測事實既是對系統(tǒng)相對論穩(wěn)態(tài)運(yùn)動方程的一個有力證明，同時也對普遍認(rèn)同的“地球公轉(zhuǎn)速度為29.8千米/秒”提出了質(zhì)疑。

人們對微波背景輻射的觀測主要是用來考查宇宙大爆炸學(xué)說中物質(zhì)分布的均勻程度，而對在地球運(yùn)動方向上出現(xiàn)的千分之一的溫度差異這一事實卻不予理睬。[4]

[1]Smoot G F, Bennett C L, Kogut A,et al. Structure in the COBE differential microwave radiometer first year maps[J].Astrophys.J.,1992,396:L1-L5.

[2]董晉曦.光速可變及其地面判別實驗[J].北京石油化工學(xué)院學(xué)報,2002,10(4):46.

[3]劉泰祥.系統(tǒng)相對論[M].北京:科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社,2012:85-86.

[4]張操[美].物理時空理論探討—超越相對論的嘗試[M].上海:上海科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社,2011:53.

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