敘述哈勃定律的內容和公式(星體兩種狀態的兩組哈勃公式和宇宙中心)

2023-07-07

張于?

獨立研究

亮點

? 星體有兩個位置，發光的位置和現在實際位置? 兩組狀態對應兩組哈勃值

? 本文推導出星體發光時的哈勃值? 星體越遠，發光位置的哈勃值越大? 找到了宇宙中心

摘要

1. 遙遠星體有兩組狀態，發光時的位置和現在實際位置，對應有兩組哈勃值，它在不同的位置但有相同的退行速度。

2. 著名的哈勃公式 H =V/D=1/D提供了當前實際位置的哈勃值。

3. 本文推導的哈勃公式對應的星體發光時的位置，這不是否定哈勃定律，是補充與完善哈勃定律，算出過去發光時的哈勃值。

4. 兩組哈勃值的倒數對應不同的宇宙年齡，哈勃推導的哈勃值對應現在宇宙年齡，本文推導的哈勃值對應過去星體發光位置的宇宙年齡。 5. 哈勃值及對應的宇宙年齡，本質上是變量，但短期內是常數。 6. 遙遠星體的圖像揭示過去的狀態，理論上，星體越遠，宇宙越年輕，哈勃值越大。

7. 宇宙年齡隨時間增加而增大，哈勃值隨時間增加而變小。

8. 宇宙起源于爆炸，它也必定有一個中心，找到了宇宙中心準確位置。

關鍵字

宇宙常數，天體測量，哈勃–勒梅特定律，宇宙中心，暗能量

1 引言

天文學充滿著矛盾。

1.1 哈勃變量

年齡是一個變量，它的倒數也必定是變量。宇宙年齡是變量，而它的倒數應該稱為哈勃變量，如果宇宙年齡增大一倍，哈勃值變成一半。但在天文學，“哈勃變量”變成了哈勃常數。

1.2 計算哈勃時間卻忽略星光旅行時間

用各種實驗方法計算哈勃值，這不僅揭示宇宙膨脹率，也揭示宇宙年齡。然而，星光旅行時間卻被以前的各種方法所忽略，測量哈勃值時忽略了星光旅行到觀察者的時間。

1.3 又遠又近悖論

一個物體不可能同時在兩個地方，這是常識。但在天文學，星體可以又遠又近。最遠的星系群 EGS77, 超過 130 億光年遠，無論宇宙是 137 億歲，還是 138 億歲，那時的宇宙肯定少于 10 億歲，就算宇宙外層以光速逃逸，星系群 EGS77 一定在 10 億光年內。

1.4 哈勃值的模糊表達

遙遠星光花了天文數值時間到達觀察者，提供不同宇宙年齡過去的信息。星體發光時的位置肯定與現在實際位置不同了。在地球上也能找到同樣的現象，天空飛機發出的聲音好像從飛機后面很遠的地方傳過來。因此，不清楚現在一個哈勃值是對應星體發光的位置還是今天星體實際位置，至今天文界沒有明確的表述。

1.5 哈勃定律違背相對論

根據哈勃公式 V=HD，如果距離足夠遠，退行速度一定會超過光速。

1.6 空間膨脹違背常識

天文學是大尺度的物理學，它必定符合物理、數學和邏輯。然而，只有在天文學中空間是可以膨脹的。這相當于數學中 2+3=5 可能是錯的，因為空間膨脹了，可能是 2+3=7 了。

1.7 宇宙沒有中心違背常識

現在普遍對宇宙的描述是，宇宙沒有中心，就像球表面沒有中心一樣。既然是爆炸，就一定有中心，球表面沒有中心，但里面有一個中心。

1.8 暗能量違背常識

無論是什么力或相互作用，距離越遠，影響越小。然而，天文學上還有另一個例外。反引力或斥力在兩個物體間，距離越遠，影響越大。如果從地球向深空扔一個物體，它不是越來越慢，與常識相反，而是速度越來越快。這就是暗能量。

1.9 偶極各向異性的世界難題

包括銀河系在內的本地星系群相對于宇宙微波背景以大約 600km/s 的速度移動。據美國宇航局官方網站描述，這仍然是無法解釋的謎團。

1.10 本文提供一個全面而完美的數學答案

天文學是簡潔而優雅的科學。

2 哈勃定律

1929 年，哈勃 (Hubble 1929) 提出哈勃定律。根據哈勃定律，遙遠星系的退行速度 V 與距離 D 成正比，其比率為哈勃常數 H，這表明宇宙正在勻速膨脹。

H=V/D (1)

哈勃值也可這樣表示為：

H=1/T (2)

T 表示宇宙年齡。

哈勃值隨著時間增大而減少，遙遠星體揭示過去宇宙年齡，計算出的哈勃值一定會大些。

3 哈勃定律其他特性

從哈勃定律可以推斷出，星體過去發光的位置一定與現在實際位置不同，無論在哪個位置，都有相同的退行速度。

對于較近星體，過去發光的位置與現在實際的位置相差不遠。星體越遠，這兩個位置的差別就越大。

對當前位置的星體, H =V/D=1/T這個哈勃值絕對準確。觀察到過去星光的哈勃值等于過去星光發光時宇宙年齡的倒數。

4 不同宇宙年齡關系

當前宇宙年齡 T(now)= 星體發光時的宇宙年齡 T(old)+ 星光到觀察者的時間D/C 。

T(now)=T(old)+D/C (3)

根據當前物理知識，對所有觀察者，光速是恒定的常數，與參照物無關。星光到觀察者的時間是D/C 。

5 星體過去發光時的哈勃值與距離的關系

根據等式 (3)，我們就可以得到星體發光時的宇宙年齡

T(old)=T(now)-D/C (4)

H(old)= 1/[ T(now)-D/C] (5)

過去星體發光時的哈勃值H(old)隨著距離D增加而增加。

6 過去星體發光時的哈勃值與退行速度的關系

考慮到多普勒效應引起的紅移，可以獲得退行速度 V。根據等式 (1)，

D=V/H(old) (6)

根據等式 (2)，(5)，和 (6)，可得如下解：

H(old) =(C+V)/CT=(1+V/C)H(now) (7)

因此，星光發光時的哈勃值 H(old) 隨著退行速度的增加而增加。附近星體退行速度 V 比光速 C小很多，星體發光時過去哈勃值 H(old)幾乎等于當今的哈勃值 H(now)。

7 過去發光星體距離 D 與退行速度 V 之間的關系

將等式 (7) 代入等式 (6)，得到如下解：

D=TC*V/(V+C) (8)

8 星體發光時的哈勃值 H(old) 與退行速度 V 和距離 D 關系

根據等式 (2) 和 (5)，得到

H(old)=TC/(TC-D)*C (9)

星體過去發光時的距離為 1，10，20，30，40，50，60 和 68.5 億光年，計算其對應的過去的哈勃值 H(old) 和退行速度和現在實際位置。

假設 T = 1.37 × 10^10年, 現在的哈勃值為 H = 71 ±4km/(s ? M pc)(WMAP 2003)，取值為 71 km/(s*Mpc), 光速為 C = 3 ×10^5km/s 根據等式 (9) 和 (10) 計算，結果在列表 1 中。

表 1: 距離和哈勃值和退行速度

發光距離 lby	當今距離 lby	哈勃值 km /(s* Mp c)	退行速度 km/s
0	0	71	0
0.1	0.101	72	2,206
1	10.79	77	23,622
2	2.342	83	51,282
3	3.841	91	84,112
4	5.649	100	123,711
5	7.874	112	172,414
6	10.68	126	233,766
6.85	13.7	142	300,000

9 完善哈勃定律

9.1 星體兩種狀態的兩組哈勃公式

在圖 1 中，紅點表示星體過去發光時的位置，遵守哈勃定律，哈勃值對應過去。星體越遠，宇宙越年輕，哈勃值就越大。黑點表示現在星體當今實際的位置，當然遵守哈勃定律。

圖 1: 兩組狀態的哈勃值

9.2 哈勃定律符合相對論

在圖 1 中，所有星體的退行速度都沒有超過光速，符合相對論。

9.3 空間是穩定的

在圖 1 中，哈勃定律顯示空間是穩定的，沒有收縮也沒有膨脹。在天文學也沒有例外。

宇宙大爆炸后，所有物體以各自穩定的速度離開宇宙中心。星體間相互退行，并不是空間膨脹了，而是每個星體以各自穩定的速度正在離開宇宙中心，運動速度與到宇宙中心距離成正比。

9.4 宇宙中心的準確位置

包括銀河系在內的本地星系群以相對于宇宙微波背景約 600km/s 的速度向赤經 11.3±0.1h，赤緯 4±2° 方向移動。(Cobe 1993)

測量宇宙中心距離有兩種方法，絕對速度 × 宇宙年齡或絕對速度 ÷ 哈

勃值。

D = 600km/s × 1.37 × 10^10y = 2.74 × 10^7（約 3 千萬）光年

宇宙中心在 2.74 × 10^7 （約 3 千萬）光年遠的地方，和本地星系群運動相反的方向，位于赤經 23.3±0.1 h，赤緯 -4±2° 的方向。

此外，它還解釋了宇宙輻射背景的偶極各向異性這一全球性難題。

10 哈勃新公式的應用

Jee et al. (2019) 科學團隊應用引力透鏡的方法測得哈勃值為 82.4km/(s*Mpc)，基于新公式可以對這種狀況分析。根據等式 (7)，

V = [H(now)/H(old)?1]×C (11)

V=(82.4/71-1) ×3×10^5=48,169km/s.

根據等式(8)，

D=137×48,169/(48,169+300,000)=19億光年。

宇宙年齡為 118 億時星體發的光，旅行 19 億年后被 Jee (2019) 科學團隊在宇宙年齡為 137 億時觀察到了。這一發現可以在圖 1 中得到驗證。

11 完善哈勃公式可以解決天文悖論

11.1 勻速膨脹的宇宙看起來像加速膨脹

觀察越遠的星體，宇宙越年輕，哈勃值越大，因此，勻速膨脹的宇宙看起來像加速膨脹。(Riess et al., 1998; Perlmutter et al., 1999). 兩個科學團隊觀察到的現象與這研究結果一致。（圖 1）

11.1.1 準確描述現象

Riess et al (1998) 科學團隊指出，高紅移 SNe Ia 的距離平均比預期遠10%–15%。測量距離有兩種方法：一種是基于 Ia 型超新星，另一種是根據多普勒效應。多普勒效應測量的距離比 Ia 型超新星測量的距離遠 10%–15%。當兩個距離不一致時，該描述不準確。

測量速度的方法只有多普勒效應，如下描述更準確更容易讓人理解：

高紅移 SNe Ia 的退行速度平均比預期快 10%–15%。

11.1.2 計算 Riess 所測量距離的范圍

根據等式 (10)，可得到退行速度：

V=D(light)/[TC-D(light)] × C × T

Ia 超新星實際距離與發光位置距離的比值是：

R(atio)=D(current)/D(light)= D(light)/[TC- D(light)] × C × T÷D(light)=TC/[TC- D(light)]

因此：

D(light)=TC?TC ÷ R(atio)

當比例為 110%，星體發光位置的距離為：

D(light) = 137?137÷110%=12.5億光年。

當比例為 115%，星體發光位置的距離為：

D(light)=137?137÷115%=17.9億光年。

11.2 兩組哈勃值的完美表達

最遙遠的星系團 EGS77 以光速的 0.95 倍速度退行，根據當前的哈勃公式，對應

137×0.95=130.15 億光年。

即 130.15 億光年遠。根據等式（8）中的修正哈勃公式，當時的實際距離為：

D = TC×V/(V+C)=137×0.95/(0.95+1)=66.74 億光年遠。

注意，距離值是 66.74 億光年遠，而不是 130.15 億光年遠。

因此，準確的描述如下：

看到從 66.74 億光年遠的星系團 EGS77 現在實際已在 130.15 億光年遠了，從 130.15 億光年遠現在發的光將要旅行 130.15 億光年后才能到達地球。

圖 1 體現了完美表達的相關方面。

12 結論

12.1 星體兩種狀態的兩組哈勃公式

遙遠星體有兩種狀態對應的兩組哈勃公式。

哈勃在1929年提出的著名的哈勃公式H=V/D=1/T對應是當前位置的哈勃值。

本文提出的另一組哈勃公式對應的星體發光時過去位置。

12.2 宇宙觀

在過去，地心說使用非常復雜的理論解釋太陽系中行星逆行運動。日心說認為太陽系中行星有相似的軌道，只是大小不同，簡潔輕松解釋行星逆行現象。

當前的宇宙模型類似地心說的均輪本輪模型，相關公式非常難以理解而且非常復雜。

同理，如果有正確的宇宙觀，我們描述的宇宙公式簡潔而優雅，前面提到的許多天文矛盾將不復存在。

12.3 宇宙有一個中心

空間是穩定的，天體相互遠離，因為每個天體都以各自的穩定速度遠離宇宙中心。宇宙中有一個中心，找到了它的準確位置。

數據可用性

本文的原始數據來源天文和物理的常識，只包括了當前哈勃值、宇宙年齡和光速。其他的數據都來源于兩組哈勃公式。鼓勵讀者自己計算和驗證。在研究中產生或分析的所有數據都包含在這篇文章中。

參考文獻

Hubble, E., 1929. A relation between distance and radial velocity among extra-galactic nebulae. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 15(3), 168–173. https://doi.org/10.1073/pnas.15.3.168

Jee, I., Suyu, S.H., Komatsu, E., Fassnacht, C.D., et al., 2019. A measurement of the Hubble constant from angular diameter distances to two gravitational lenses. Science. 365(6458), 1134–1138.https://doi.org/10.1126/science.aat7371

Perlmutter, S., Aldering, G., Goldhaber, G., et al., 1999. Measurements of omega and lambda from 42 high redshift supernovae. ApJ. 517(2),565–586.

https://doi.org/10.1086/307221

Riess, A.G., Filippenko, A.V., Challis, P., et al., 1998. Observational evidence from supernovae for an accelerating universe and a cosmological constant. AJ. 116(3), 1009–1038.

https://iopscience.iop.org/article/10.1086/300499

后記

作品登記證

已取得著作權，轉載必須指明出處。

前期稿件已錄入愛思唯爾(Elsevier)預印版

https://papers.ssrn.com/sol3/papers.cfm?abstract_id=4215050

原計劃發表兩篇文章，現在合并成一篇。

文章的觀點簡潔且符合常識，“宇宙沒有中心”和“空間是膨脹的”這些違反常識的觀念已深入天文學家骨髓，就像當年十六、七世紀地心說占統治地位一樣，極力反對日心說。作者在現代社會的好處是不會像布魯諾(Bruno)那樣被燒死。很多天文雜志編輯傾向發表這文章，但被天文同行評審否決了。一群天文學家自娛自樂組成小圈子，閉門開會討論天文大廈上再加瓦片，突然一個野蠻人踢開門，大叫“天文大廈地基不穩，快要倒了！”一個科學問題馬上變成了一個天文政治問題。這也許是第二次孟德爾(Mendel)事件，行業外的人發現了真理，讓真理短暫貶值。

科學探索就像警察破案，本文提供了一些新線索，如果你是警察會采納碼？

寫此后記，讓讀者多一個角度看世界，心情輕松一下。