系統相對論連載之九：光速方程與光子衰變

文/劉泰祥

光速c是現代物理大廈的基石，宇宙譜線紅移被視為星系退行的反映。當前,一些人對此提出了質疑。筆者認為，光速c是光速方程在地表的一個近似解，宇宙譜線紅移是光子衰變的結果。

1.光速方程

系統相對論推導出了一組穩態運動方程[1]，如果將靜止斥力區穩態運動方程中b0和B，分別用光子表面空間密度ρ0和引力場空間密度ρ替代并整理，可得到引力場中的光速v公式：

稱作光速方程。其中kv為絕對運動常數。

由于光子表面空間密度ρ0遠大于地表空間密度ρ，即1-ρ/ρ0≈1，于是有：v ≈(kv/ρ)1/2=c 即地表光速為(kv/ρ)1/2的常數，通常光速c在地表是用可見光測得，故稱之為地表可見光速。可見，光速c是光速方程的一個近似解。

2011年9月英國《自然》雜志報道，歐洲研究人員發現了中微子超光速現象，2012年5月又以“光纖連接問題”予以否定。根據中微子比可見光子的能量小得多的事實，可推得它的表面空間密度比可見光子大一些，因此地表中微子的運動速度大于光速c。故上述所謂“光纖連接問題”值得商榷。

2.光子衰變

康普頓散射實驗表明，被散射光子的頻率隨散射角改變，康普頓認為散射光子是與靶中電子碰撞導致能量損失所致。筆者認為，散射光子與靶中碳原子核和電子都有關，散射前后的光子是兩個不同的光子。

如圖1所示，在光子與靶粒子碰撞過程中，隨著光子向粒子靠近，其外界的場強越來越強，根據場域半徑公式[1]，光子場域半徑不斷減小。當靠近靶粒子到達一定距離r時，光子臨界場消失，光子本體[1]兩端cn粒子裸露于碳原子核的場中。這時，在粒子場的作用下光子兩端cn粒子開始散解；直到碰撞后遠離到距離r時，光子臨界場再次出現，這時兩端cn粒子停止散解。

可見，散射光子發生了衰變。

3.對宇宙譜線紅移的判定

對于宇宙譜線紅移的解釋，當前存在宇宙學和非宇宙學兩種觀點，筆者支持后者的觀點。從系統相對論的穩態宇宙模型[1]可知，黑洞在太空中廣泛存在，類星體輻射出的光子穿越太空到達地球的旅程中，難免會穿越黑洞史瓦西半徑內的空間，導致光子中部分cn粒子的散解而發生衰變。

星體距離我們越遠，其光子到達地球前穿越黑洞史瓦西半徑內空間的次數越多，光子衰變的幅度也就越大，光子頻率就變得越低。設星體輻射光子的頻率為f0，到達地球時光子頻率衰減幅度為△f，光子旅行單位距離頻率衰減率為k，光子旅行距離為D，于是有：△f=kDf0實際上，當類星體朝向或背向我們運動時，它發出的光只有光強度的變化，而不會發生頻率變化。因此，多普勒將光子的運動與聲波作類比是不恰當的。

例如，旋渦星系NGC4319與類星體馬卡良205之間似有物質橋連接的事實表明，它們是有物理聯系的真正近鄰，但二者的紅移量卻相差10倍以上。這是由于它們輻射出的光子經過的路徑不同導致的。

[1] 劉泰祥.系統相對論[M].北京:科學技術文獻出版社,2012:185,81,82,68.

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