太陽系中的宇宙膨脹效應

【摘 要】以宇宙時間和空間具有平權性的觀點，指出宇宙膨脹是四維時空的膨脹，從而導出太陽系中行星天體軌道半徑、運行周期的增長以及地球膨脹等與宇宙年齡的關系，說明太陽系中存在的地日、地月軌道半徑距離增加以及地球膨脹等自然現象實質上都是宇宙膨脹的效應。

【關鍵詞】太陽系；宇宙膨脹；時空因子；宇宙年齡

【Abstract】In the view of the equivalence of time and space， it is pointed out that the expansion of the universe is the expansion of four-dimensional space-time， derived the relationship between the change of planet orbit geometric distance and cosmic age， pointed out the natural phenomena such as earth's expansion and the changes of orbit distance between the earth and the sun， the earth and the moon， and so on existing in the solar system is essentially the effect of cosmic expansion.

【Key words】The solar system； Cosmic expansion； Space-time factor； Cosmic age

0 引言

宇宙膨脹是現代宇宙學最重要的成果之一。一個很自然的問題是，宇宙膨脹對我們的太陽系有沒有影響呢？或者說，太陽系中會不會存在與宇宙膨脹相關的效應和證據呢？答案似乎是否定的。因為一般都認為，象太陽系這樣（觀測范圍相對很小）的時空系統，引力起完全主導作用，其空間大小（或者行星運行軌道）當然是不變的，也不會存在與宇宙膨脹有關的效應。

然而，最近三十多年來，隨著精密天文觀測技術的發展，地球、月球等運行軌道的變化信息被精確測量.其結果表明，太陽系中包括地日、地月等在內的引力天體間的軌道距離有逐漸增加的現象[1-2]。另一方面，地球史考古的許多新發現，比如地球古地理、古生物考古的新發現，表明地球本身還存在總體上呈緩慢膨脹的現象等等[3-7]。

對這些現象的解釋曾引起學術界廣泛的爭論.其中影響最大的一種觀點，是把它們歸結為牛頓引力常數正在變小的緣故[8-10]，這一觀點來源于狄拉克的“大數假說”.不過，“大數假說”不僅缺乏足夠的科學依據[11]，也不能解釋地、月等軌道距離增加的現象.首先，狄拉克在“大數假說”中所選取的宇宙年齡20億年明顯是不正確的；其次，如果引力常數正在變小，那么經過40多億年后，地球軌道的偏心率將比今天大得多，但地日系統的研究表明，地球軌道偏心率及其變化十分微小，而且變化是周期性的，并不是單邊增加的[12-13]。

要解釋這些現象，我們需要更新一些舊有的思想和觀念.重新審視一下標準宇宙學的時空觀，或許可以找出真正的原因。

1 標準宇宙學中的時空觀

眾所周知，愛因斯坦所倡導的宇宙時間和空間具有相對性和平權性是相對論的核心思想[14]。在標準宇宙學模型中，宇宙用一維時間坐標加三維空間坐標構成的共動坐標系來描述，其中的三維空間坐標與宇宙尺度因子R有關。但這樣的安排，體現的僅僅是宇宙在三維空間中的平權性，而沒有體現時間和空間之間的平權性，所以并沒有完全地體現相對論思想。

具體來說，在標準宇宙學中，原時間隔dτ在Robertson-Walker度規[15-16]（以下簡稱R-W度規）的描述下，其標準的極坐標形式為

式中dτ在空間的各處是平權的，又因空間度規包含宇宙尺度因子R，使得空間具有起源和演化的性質.但由于時間度規不包含宇宙尺度因子，使得時間成為一種絕對的安排，它是均勻流逝的、絕對的.將這種時間和空間沒有平權性的R-W度規與強調時空相對性與平權性的愛因斯坦場方程相結合，顯然存在邏輯上的矛盾.由此得出的結論，自然存在根本性的問題。

2 時空平權的宇宙學基本方程及其意義

綜上所述，在討論宇宙動力學的過程中，我們應該引入適當的宇宙時空觀，樹立時間和空間在宇宙起源和演化中的相對性和平權性思想，在時間和空間完全平權的條件下建立宇宙學基本方程。

為此，原時間隔dτ的表達式中，可以通過引入時空因子a，將宇宙時間定義為與空間一樣具有相同的起源和演化性質，使時間和空間達到完全平權.于是將由R-W度規描述的（1）式變為

4 太陽系中存在宇宙膨脹效應的證據

下面從太陽系中地球、月球軌道的變化數據信息和地球古地理、古生物考古的證據，分別計算宇宙的年齡，來說明太陽系中的這些自然現象屬于宇宙膨脹效應.

1）根據古生物考古的發現，地月軌道從奧陶紀以來的變化見表1

（1）以地月軌道幾何距離的變化計算第四紀的宇宙年齡.取地球的赤道半徑為6378.5公里，根據表1和（10）式，有

即第四紀的宇宙年齡約為104億年.其他地質時代的計算結果相當（從略）.

（2）以奧陶紀至泥盆紀公轉周期的變化計算宇宙年齡.取奧陶紀地質年代距今5.1億年，泥盆紀地質年代距今4.1億年，則μ≈1.06×10-6h·a，于是由（11）式，有

宇宙年齡的這個計算結果與前面的相比，誤差較大，這與地質年齡等因素的誤差較大有關.

2）根據現代的測量結果發現，地球正在每年以15m的速度離開太陽[9].

取地球的遠日點距離最大值為15210萬公里，于是有

宇宙年齡的這個計算結果與以地月軌道幾何距離變化計算的結果1.04×1010年非常吻合.

3）在有地幔構造的地球上，存在板塊結構及其碰撞、大陸漂移和地球膨脹等現象.

地球存在板塊碰撞、大陸漂移等自然現象是地球膨脹的結果.地球膨脹與地月軌道幾何距離增加等現象看起來很不相同，但實際上有地幔構造的地球可以看成是靠引力聚積在一起的流體球.

根據有關資料，地球半徑的平均年膨脹率約為0.54mm·a-1[5]，地球半徑為6.37×106m，由（10）式，可得

可見，與以地月軌道幾何距離變化計算的結果1.04×1010年也是比較吻合的.

在以上的計算中，可以得到宇宙的年齡大約在110億年左右，這與今天公認的宇宙年齡137億年相比有一定的誤差，這種系統性誤差的存在，反映時空因子a與時間成反比的（6）式在整個宇宙年齡期并不總是嚴格成立，或者太陽系中包括地日、地月等在內的引力天體間的軌道距離變化等現象還有其它的影響因素，但宇宙膨脹作為引起這些現象的主要因素是可以確認的.

5 結論

上面分別用地日、地月軌道的變化數據信息和地球膨脹的考古證據來計算宇宙的年齡，得到基本一致的結果，說明以時空平權的宇宙膨脹觀點來解釋太陽系中地日、地月軌道觀測距離增加以及地球膨脹等等現象是比較合理的.

另外，雖然地球膨脹是一種宇宙膨脹效應，由此產生大陸漂移、火山爆發、地震等自然現象，但這并不意味著地球上的一切都是膨脹的.因為根據量子理論，原子的半徑取決于電荷大小、電子質量及能量、普郎克常數等[18-19].所以，以分子力結合的實物不會隨著宇宙膨脹而膨脹.而地殼本身作為固體是靠分子力結合的，盡管它存在破裂、變形、漂移、下沖等現象，但不會存在膨脹.

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[責任編輯：朱麗娜]