宇宙的诗篇-黄清龙

宇宙的诗篇（天体的圆转运动、弯曲空间和时空的关系） 自古以来，人们头顶上，平滑、波澜不兴的一片蓝天，其实是弯 曲的。 距今约九十年前，爱因斯坦发表了一个新的理论，他把‘时间’ 和‘空间’结合，称它为‘时空’。 时空不是平直的，而是会受到其中 物质和能量的作用而弯曲。空间是会弯曲的！光线会随着弯曲的空间传 播和偏转。 新理论引起反响，英国天文学家爱丁顿意识到它的重要性。他决 定制定计划，以最大质量的物体 —— 太阳，来做验证。1919 年的一次 全日蚀，阳光由于月球的遮掩而暗淡。爱丁顿观测到，原来波平如镜的 9 漫漫长空被太阳刻划了一道时空波纹，致使太阳光盘附近传来的星光偏 移了原来的角度。在弯曲空间里，恒星的视位置也从原来的方位移动了 1.75  弧秒。 数据和爱因斯坦的计算完全一致。广义相对论被证实了！爱因斯 坦雀跃万分，三天都静不下心来。他感到有某种力量猛烈的撞击着他的 心脏。 弯曲空间取代了牛顿力学的静态宇宙模型。物理学从此进入了现 代的新纪元： 物质告诉时空如何弯曲，时空告诉物质如何运动；‘时间’和 ‘空间’是一种富有弹性的统一体，可以被拉伸和挤压，膨胀或收缩， 这是宇宙的本性。 相对论被誉为人类心智最伟大的创造！但爱因斯坦依然上下求 索。他认为：人类赖于理解宇宙的物理定律，仍然是一些无法凑在一起 的分支和片断组合而成。物理学还没有一个统一的架构，可以从中推导 出所有的理论。集人类知识的大成，对自然界物理图像的诠释也只揭示 了狮子的尾巴，但狮子的身躯却无处可寻！ 爱因斯坦深信纷繁的自然现象背后隐藏着宇宙行为最终的对称和 统一性，所有定律都能够以一个简单的定律来解释。宇宙的秘密就是 光！统一场论就是光和引力等物理量的统一。 一九一七年，意气风发、年华正茂的爱因斯坦声称： “我要以 我的余生来探索光的性质！” 孜孜不倦、踽踽独行；但上帝即分之就无人能合之！通向统一场 论的道路如同攀登喜马拉雅的险峰。爱因斯坦耗尽了后半生的心血，一 直到一九五五年郁郁而终，留下了未完成的工作。 今天，爱因斯坦身后已半个世纪，物理学家致力於追求的大统一 理论也始终踌躇不前。显然，人类至今所建构的物理大厦依然不尽完 备，其中某个根基或环节可能被疏忽了。 10 看来，我们还要再一次从先人累积的经验里吸取智慧。 古人仰望苍穹，察觉到天体的运行周而复始，井然有序，遂以天 体的行迹，作为分割时间的准则，并以此制定历法，为生活建立秩序。 早期的巴比伦人结合太阳和月亮运行的规律，制订了一年360 天的阴阳 历。古埃及人却不迷恋月亮，只钟情太阳。我们今天的日历是古埃及人 早在公元前4,241 年已经开始使用的‘太阳历’。古埃及人原先订一年 为360天，分12 个月，每月30 天，但却发现每年360 天的年底必须另 外多加5.25 天才能圆满完成一年的周期。大洋彼岸古代玛雅人划分一年 为18 个月，每月20 天，一年共360 天，但每年的年底必须另外多加五 天的‘祭祀日’。三千多年前，中国彝族的祖先也同样制定过一年360 天的太阳历，分10 个月，每月36 天，但在每年360 天的年底另外多加 5天的‘过年日’。 各处一隅，天隔一方，而又老死不相往来；古人竟然在完全没有 通约的情况下，不谋而合，以相同的尺度把时空均匀的分割，并制定出 相同的日历。如此机缘巧合！如此步调一致！其中缘由，过去的文献里 没有留下片言残篇，现代的物理学也似乎没有对此做出解释的任何记 录。 从360 天到365 天并不是偶然的。为什么同样都要多加5 天？对 此又如何作出解释？多年来，笔者思考、阅读各种相关资料。在这尘封 已久的历法悬案里竟然隐藏着物理的玄机；如同上帝创世后余留下的手 印，从中推导的几个简单数值竟然可以帮助计算出诸多物理常数，并能 对一些错综复杂的物理现象作出解释。 以下请读者诸君稍为静心，听我细诉： 光的奇异性 青年时代的爱因斯坦曾经有过灵光闪现的一刻，他设想：如果他 骑着一束光，追赶前面另一道光束，由於两者都以同样速度行进，他应 该看到静止的光波；换句话说，前面的那一道光束是不动的。这原是经 典物理的常识，但爱因斯坦知道物理条件不允许静止的光波。对一个观 察者而言，无论他本身的运动速度有多快，光会永远以每秒30 万公里 11 的速度远离他而去。光的奇异性使爱因斯坦惊叹不已，他虽然不能解开 光速之谜，但却以过人的才智，以光速的恒定性和绝对性，创造了相对 论。 光速和时空膨胀 现在让我们站在爱因斯坦的肩膀上继续前进！ 骑在光束上的爱因斯坦以每秒30 万公里的速度行进，而前面那 束光也依然以每秒30 万公里的光速远离他而去。那么在同一秒之内， 光所走的距离不是30万公里的C，而是C x C 的距离。由於每秒30万 公里的光速C 是宇宙的绝对速度，光如何以每秒30 万公里的速度C， 达到C x C的距离？其中只有一个条件可以改变；那就是‘时空’必须 要膨胀。 据说，宇宙在创生，开天辟地最初的30 万年里，曾经历过一段 ‘暴胀’时期。那时宇宙以每秒30 万公里的速度圆转周旋，然后才逐 渐缓慢和冷却下来，终于形成了我们今天这个其大无外，有边无界的时 空和物质的统一体。 在光速运动中，时空膨胀指数是2，即C2 。 我们的地球也在运动之中！以符号‘V’代表地球的运动速度。 再借用爱因斯坦的一段话：“宇宙间一切事物总是以一个固定 速度 ---- 光速，在时空里运动!” 假设我们的宇宙依然以每秒30 万公里的速度圆转周旋 (在大尺度 的宇宙里，每秒30 万公里的速度也无异于蜗牛爬行)，则地球的运动速 度就是宇宙的速度C加上V的复合速度。以符号 8  ° 代表地球在运动过 程中的时空膨胀指数，即： 12 8  ° = 8  ° = = 8  ° = 1 + 光速‘C’，运动速度‘V’和时空膨胀指数 8  °，三者之间如何 交织着对应关系？ 以下试以具体数据来检验上述； 首先稍回顾一下，人类对自然界的认识过程。 古人相信天圆地方，天动地不动；星星、月亮、太阳环绕着地球 不断循环往复的运动，而地球作为宇宙的中心则是不动的。14 运动速度和时空弯曲 地球在每秒钟 30.61686985 公里（公转+自转）的高速运动过程 中，把自己身边周围的时空也扭曲了。弯曲空间也同时引起地球本身的 位移，增加了轨道路径和周长的幅度，从而产生了时空膨胀的效应。 地球的时空膨胀指数： 8  ° = 1 + = 1 + 8  ° = 1.000102126885 地球绕行太阳运动一天，时空膨胀幅度是； (30.61686985 公里 x 86,400 秒 ) 1.000102126885 – (30.61686985 公里 x 86,400 秒 ) = 2,649,295.7196 公里 – 2,645,297.555 公里 = 3,998.1646 公里 3,998.1646 公里的轨道路径，也正好是地球运行一天或一个周期 2,649,295.7196公里的662.628分之1： 3,998.1646 公里 （地球运行一天的时空膨胀幅度） 2,649,295.7196 公里 （地球运行一天的轨道周长） 1 = 662.628 V C 30.61686985公里 299,792.458光速 15 当年古埃及人订一年为360天的周期，时空膨胀幅度应是： 3,998.1646 公里 x 360 天 = 1,439,339.256 公里 阳历一天的轨道路径是2,610,975.3977 公里 ： 1,439,339.256 公里 2,610,975.3977 公里 = 0.55126496天 至此，古埃及人的一年又从364.732218265 天再延长0.55126496 天，共计365.283587天（31,560,501.9168秒）。 0.55126496 天是地球环绕太阳运动一周365.283587 天的662.628 分之1。 回顾当年古埃及人订一年为360 天的周期，地球的实际轨道周长 应是: (30.61686985 公里 x 86,400 秒 ) 1.000102126885 x 360 天 = 953,746,459.068 公里 其中，1,439,339.256 公里是时空膨胀幅度，它正好等于 953,746,459.068公里的 1 / 662.628。 地球的圆转运动平均每一秒钟的时空膨胀幅度： 1,439,339.256 公里 ________________ 31,560,501.9168 秒 (365.283587天 x 86,400秒) = 0.0456057 公里 / 秒 公转速度：30.2196226584 公里 自转速度：0.397247193 公里 时空膨胀幅度：0.0456057 公里 16 三个速度彼此之间也交织着以下的关系： 30.2196226584 = 0.0456057 公里 662.628 0.397247193 x 76.1884086 ÷ 1.001509142 = 0.0456063 公里 662.628 0.397247193 = 0.0005995026 公里 662.628 圆转运动产生时空膨胀的效应。地球的自转运动每秒钟的加速度 是0.0005995026公里，化为曲率： 0.0005995026 公里 ÷ 0.02610008488 = 0.0229693735 弧秒 地球绕行太阳运动一天的时空曲率。 0.0229693735 弧秒 x 86400 秒 3,600 弧秒 1984.5538704" ( 弧秒 ) 3,600 ( 弧秒 ) = 0.55126496º度 ( 地球绕行太阳运动一周 86,400 秒作用于时空的曲率 ) 也许地球不是水平直立的，而是倾斜了0.55126496º。地轴和黄 道面的垂直线之间原本就有约23.45º的倾斜角，以24º减去23.45º可得 0.55º。所以地球周围的时空可能不是平直，而是弯曲的。它的曲率是 0.55126496º。太阳的引力场和地球邻近的弯曲空间重叠，相摩相荡，终 于产生了各种错综复杂的物理现象，但它是有度可测，有迹可寻的。 17 弯曲空间影响粒子的行为！空间的结构决定基本粒子的物理性质 和自然力。由於地球在椭圆形轨道上运行的距离，平均每天正好是 1º(度)，所以地球上的物理量都标志着0.55126496º 和42的踪影： 90 º + 0.55126496 º = 1.0061251662 90 º 电子的静止质量：9.1093826 地球自转速度：0.397247193 公里 / 秒 [42 ÷ (0.55126496 x 9.1093826 x 0.397247193 x 10 4)] 1/2 ÷ 1.0061251662 0.04588487584÷ 1.0061251662 = 0.04560553437 公里 试以0.04560553437 结合精细结构常数 1/137.03599911 以求光 速： 光速：299,792.458 公里 / 秒 (0.02610008488 2 x 137.03599911 ÷ 0.04560553437 ÷ 10 3)1/2 x 10 4 x 662.628 = 299,792.155 公里/秒 假设地球在运动过程中把周边邻近的时空扭曲了0.55126496º； 光线经过弯曲空间会偏转，光线到达地球会有0.55126496º或 1.81490097 倍的偏转，所以当年爱丁顿观测到太阳引力场的曲率，它的 正确值应是0.9647137弧秒 ( 1.75弧秒 x 0.55126496º度 )，如此就可以作 出以下的计算： （太阳和地球之间引力场的曲率） 0.9647137" = 42 (地球自转运动每秒钟作用于时空的曲率) 0.0229693735" 42 . = 76.1884086 ( 地球周边邻近弯曲空间的曲率 ) 0.55126496 º 18 前述诸多计算结果显示，除了圆转运动固有1/662.628 倍的加速 度，地球的物理现象，从自转到公转之间，速度和物理量有一个固定倍 率的增值：76.1884086 倍。 8  = 76.1884086 76.1884086 君临各个领域 的物理量，几乎无所不在; 说明了天体 之间的时空几何性质才能对物理实在作出最终的描述。 纷繁的自然现象背后隐藏着宇宙行为最终的对称和统一性！也许 爱因斯坦梦寐以求的统一场论并不是梦。宇宙在宏观层次和微观领域是 统一、对称与和谐的。这也是本文的结论。  黄清龙 2005年12月8日 新加坡 Singapore 电邮: [email protected]