宇宙微波背景輻射各向異性的物理意義

文/劉泰祥

現代物理學認為，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）意外發現了它，兩人因此共同獲得1978年的諾貝爾物理學獎。

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，發現它在一個相當寬的波段范圍內良好地符合黑體輻射譜，對應溫度大約為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，美國科學家喬治?斯穆特（G.Smoot）發表題為《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年諾貝爾物理學獎。斯穆特在論文中指出：“我們已經發現了宇宙黑體輻射各向異性，觀察結果很容易被解釋為是由于地球相對于宇宙黑體輻射運動速度為390±60千米/秒?！盵1]

斯穆特團隊作出的地球相對于宇宙黑體輻射運動的結論被稱為“新的以太漂移”。2002年，北京石油化工學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動的存在，這表明絕對坐標系將會以某種新的形式重返物理學。[2]

我們知道，地球的運動是在太陽引力場中的運動，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。我們習慣于以系外恒星為參照系（不考慮太陽的自轉）觀測行星的運動，如果以太陽為參照系，行星的運行參數將完全不同。

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

當然，表中給出的速度是根據太陽自轉的恒星周期25.38天計算得出的，這個周期相當于太陽在緯度26°的自轉周期。根據維基百科提供的數據，太陽在赤道處的自轉周期是24.47天，根據這個數據計算出的地球公轉速度約為413千米/秒。另外，計算中沒有考慮太陽赤道對黃道傾角7.25°、也沒有考慮太陽內部物質的渦運動，而且計算采用的是地球公轉軌道的半長徑。

由此筆者認為，所謂“地球相對微波背景的運動”本質是地球相對太陽引力場的運動，即上述所謂“微波背景”是指太陽引力場而已?？梢姡厍蛳鄬μ栆龅倪\動就是董晉曦教授所說的絕對運動。這個觀測事實既是對系統相對論穩態運動方程的一個有力證明，同時也對普遍認同的“地球公轉速度為29.8千米/秒”提出了質疑。

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說中物質分布的均勻程度，而對在地球運動方向上出現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].北京石油化工學院學報,2002,10(4):46.

[3]劉泰祥.系統相對論[M].北京:科學技術文獻出版社,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:上海科學技術文獻出版社,2011:53.

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