宇宙学研究汇编

周君毅

宇宙学研究汇编

周君毅

本书于2024年11月在湖南省版权局公共服务平台进行了作品著作权登记。登记号：湘作登字-2024-A-00139 在此以简体汉语免费向全球公开

 

摘录毛泽东同志诗词《七律·和郭沫若同志》：

“金猴奋起千钧棒，玉宇澄清万里埃。”

本文将还世界一个正确的、科学的宇宙观、时空观。

本文是一堂针对性很强的辨识真伪的物理课，谨献给广大热爱科学的青少年。

借此机会与天下千万劳动者共勉：

各尽所能，

各有所成。

成者系为世界和平、繁荣、进步所作之贡献。

新宇宙学元年

——2024年年终备忘录

2024年，中国学者提出的全面改写宇宙学理论，无疑是最优秀的科技成果之一。

绝对的、静态的空间客观存在，它既不会膨胀，也不会弯曲。所谓宇宙膨胀（星系相互远离）是星际物质在静态空间中由大爆炸点朝外扩散。动体是星际物质，而不是空间。

是星际物质在静态空间扩散，还是空间膨胀？这是牛顿力学宇宙学和狭义相对论宇宙学的根本分歧。中国学者一针见血，深刻地指出了狭义相对论宇宙学的致命错误——空间膨胀。

时间是统一的，它不会因运动速度的快慢而变化。光速运动时，时间并不为零。光谱线红移证明了这一点。

产生光谱线红移的主要原因是光子（波）能量的自然衰减。光束的衰老，表明光速运动时，时间并不为零。

在我们所测的红移值中并不包含空间膨胀因素。我们所测的红移值与空间膨胀无关。

光速不变原理是错误的。光与观测者速度无关是个伪命题。

狭义相对论学者对迈克尔逊——莫雷光波干涉实验的解读是错误的。迈克尔逊——莫雷光波干涉实验不能否定绝对空间的存在，也不支持光速不变原理。

洛伦兹转换是错误的，伽利略矢量合成公式既适合低速运动，也适合高速运动。

韦伯太空望远镜观测到的遥远星系并非早期宇宙星系，而是大爆炸后星际物质飞出去很久后形成的星系。中国学者20年前提出的星系均衡扩散三维球面模型理论很好地解释了这一观测结果。

中国学者为全世界提出了一个全新的、正确的、科学的宇宙观、时空观，把宇宙学提升到一个新的境界、新的高度。

2024年是新宇宙学元年。

2025年元月一日收入百度“周君毅个人博客”

内容提要

本书汇集了笔者20年来在宇宙学研究方面的文章。包括：

2004年在《湖南中学物理》杂志上发表的两篇文章，《红移——宇宙学疑点之一》和《星系的观测位置与星系的扩散速度》。

2011年7月，笔者在网上个人博客发表了《宇宙学质疑——评狭义相对论的时空观和哈勃定律》一文。该文于2015年9月成书，由香港中国文化出版社出版。

2019年以来在网上个人博客发表的几篇短文，《重建宇宙学——从推翻狭义相对论到全面改写宇宙学》等。

其中最后一篇《重建宇宙学——从推翻狭义相对论到全面改写宇宙学》为全书之总结，概括了笔者20年来宇宙学研究的主要论述。

笔者的研究有以下主要内容：

纠正哈勃定律的错误，指出产生谱线红移的主要原因不是因退行速度引起的开普勒效应，而是在传输过程中光子（光波）能量的自然衰减。

同时用谱线红移否定了狭义相对论的空间膨胀和时间膨胀的概念。

笔者提出光速不变原理佯谬，否定光速不变原理。

笔者重新解读了迈克尔逊——莫雷光波干涉实验，指出该实验并不能否定静态空间的存在，也不支持光速不变原理。

笔者指出了狭义相对论所谓空间像发面包似膨胀的概念是错误的，提出星际物质在静态空间中朝外扩散的概念。

笔者指出我们应把空间和物质的概念分开。空间是无限的，宇宙中的物质是有限的，有限的物质体系有一个可以确定的中心。

笔者否定了洛伦兹转换，指出在高速运动时，伽利略转换也是正确的。

笔者提出星际物质均衡扩散的球面模型，指出星系观测位置与星系扩散速度的关系。该模型能很好地解释近期韦伯太空望远镜观测到的遥远星系的状态。

笔者从纠正哈勃定律，推翻狭义相对论到全面改写宇宙学，为世界描绘了一幅全新的宇宙图像，还世界一个正确的、科学的宇宙观。本书的科学意义是划时代的。

序言

时空观是基础科学的基础，其重要意义当为科学之首。然而，我们对宇宙的认识，对时空的定义却存在严重的错误。

1905年，爱因斯坦提出了狭义相对论。此后，物理界就一直争论不休。

狭义相对论学者说狭义相对论是20世纪最伟大的科学成就。批评者则说狭义相对论是20世纪最大的伪科学。一切要凭事实说话。在真理和谬误之间往往只隔着一层薄纸。谁能把这层薄纸捅破，把真相告诉大众？一百多年来，谁真正读懂了狭义相对论，看准了它的错误，抓住了它的要害，并把它们揭示出来，告诉大众？请读者看看我们的分析。

狭义相对论否定静态空间的存在，他们认为所谓宇宙膨胀（星系扩散）是空间像气球似的，或者说像发面包似的膨胀。

我们认为静态空间客观存在，谁也否定不了。牛顿力学宇宙学认为，我们要把星际物质与空间的概念分开，所谓宇宙膨胀是指星际物质在静态空间中由爆炸点朝外扩散。

显然牛顿力学的空间概念比狭义相对论清晰正确。

狭义相对论提出相对时间的概念。他们认为时间与物体的运动速度有关，物体的运动速度增加，时间将变慢，称时间膨胀。当速度达到光速时，时间停止（为零）。他们认为光束到达任何遥远的地方，时间都是一瞬间。

牛顿力学认为时间是统一的，不会因运动快慢而变化。我们纠正了哈勃定律，指出产生谱线红移的主要原因不是退行速度引起的开普勒效应，而是光子（光波）在传输过程中能量的衰减。即光子在传输过程中会衰老、衰变。这种衰老和传输时间是同步的，它证明光束在传输过程中时间不为零。从而否定了时间膨胀之说。

狭义相对论提出光速不变原理假设，认为光速在任何惯性系中都恒为c，即光速与观测者速度无关。

牛顿力学认为光速与观测者速度无关是一个伪命题，两束迎面相射的光相对速度为2c，不是c。两束同向平行运行的光相对速度是0，也不是c。我们还提出了光速不变原理佯谬，指出如果按照光速不变原理分析，在一束光线中各个部分（几小束光）之间，光子之间的相对速度为光速！这很荒谬。

狭义相对论一直以迈克尔逊——莫雷光波干涉实验否定静态空间的存在，并以该实验支持光速不变原理。我们重新解读了迈克尔逊——莫雷光波干涉实验，证明该实验不能否定静态空间的存在，也不支持光速不变原理。

狭义相对论认为伽利略矢量合成只适应低速运动，在高速运动中要用洛伦兹转换。我们指出洛伦兹转换是错误的，不论是低速运动，还是高速运动，牛顿力学的伽利略矢量合成都是正确的。

20年前笔者提出了星系均衡扩散球面模型，指出了星系观测位置和扩散速度有关，这很好地解释了近期韦伯太空望远镜观测到的遥远星系是否为早期宇宙的星系问题。

以上是宇宙学最重要的问题，也是本书探讨的主要内容，是笔者20年来的重要研究成果。

重建宇宙学，不是空喊口号，必须拿出真金白银来，必须让专家和大众信服你的研究成果。为此，笔者强调三点。

1. 对旧宇宙学的批判必须抓住重点，击中要害。笔者所谈到的谱线红移，空间问题，时间问题，光速不变原理，迈克尔逊——莫雷光波干涉实验都是最重要的宇宙学问题，笔者——指出了它们的错误。
2. 你必须用新的、正确的理论纠正以上错误，不能以错纠错。比如说，谱线红移。早就有人发现了哈勃定律的问题，提出了一些理论进行纠正，如空间膨胀等。结果并没有解释好谱线红移的问题。只有提出光子（光波）能量的自然衰减是产生谱线红移的主要原因之后，问题才得到真正解决。
3. 你的理论必须是首创。抢占科学高峰之争如同奥运争夺金牌。但是这里只承认金牌，不会颁发银牌和铜牌。用全新的，甚至是专家都未想到理论纠正旧宇宙学的错误，去构建新的宇宙学，无疑是世界上最快乐、最光荣，最值得骄傲的事情。

   上面提到的谱线红移既纠正了哈勃定律的错误，也否定了空间膨胀和时间膨胀，意义重大，应为笔者首创。

   提出光速不变原理佯谬，否定光速不变原理，为首创。

   重新解读迈克尔逊——莫雷光波干涉实验为首创。

   提出星系均衡扩散球面模型，指出星系观测位置与扩散速度的关系，为首创。

   一部宇宙学从旧到新，本身就是创新。

   笔者对狭义相对论的批判，对时空观的纠正无疑是史无前例、举世无双的。

   当年，曾有一百多位著名的科学家联名反对狭义相对论。爱因斯坦说，“假如我的理论是错的，一个人反驳就够了。”今天，这个人终于来了，他要凭一己之力，否定狭义相对论，全面改写宇宙学。

   一个人的信念、基础知识和悟性决定了他的成就。湖南人的特奌是“霸得蛮”，认准一个死理后，九头牛都拉不回。当认准两束同向平行传输的光相对速度是0，不是c时，笔者就坚信光速不变原理错了，狭义相对论错了。从此开始了对狭义相对论的批判。明知阻力很大，也绝不回头。

   网友说，你教了25年工程力学，还只是个副教授，看来也不咋地。

   职称问题要看具体情况，笔者所在的湖南冶金工业学校是一所中专。中专最高的技术职称是高级讲师，相当于副教授。2000年学校升级为湖南冶金职业技术学院，开始重新评职称，转为副教授。2004退休了，无法参评正教授。

   有时职称并不能代表真正的学识水平。笔者请读者看两样东西。一是笔者与同事易惠萍老师主编的《工程力学》教材，看看有多少后续教材引用了我们的教材。二是看看笔者所创建的绘制弯矩图的简捷法影响有多大。

   网上人工智能“小知”说：“周君毅老师创建的绘制弯矩图的简捷法是一种高效且实用的方法。……这种方法简化了传统弯矩图绘制的复杂过程，提高了绘图效率。同时保留了关键信息，对于工程力学的学习和实践具有重要意义。”

   毫不夸张，笔者的简捷法优化了材料力学弯矩图绘制的教学和学习。它肯定要成为材料力学必授之内容。在讲授了几百年的材料力学课程中能增加这么重要的现代中国元素足以显示个人的教学水平，力学知识水平。

   谈到悟性，也就是讲逻辑思维。笔者发现一个原则，就是爱因斯坦在狭义相对论中怎么说的，你把它反过来，就行了。

   爱因斯坦否定静态空间，你就说静态空间客观存在，它既不会膨胀，也不会弯曲。

   爱因斯坦说时间是相对的，运动快的物体时间要慢。你就说时间是统一的，时间的快慢与物体的运动速度无关。

   爱因斯坦说光束的运动速度与观测者的速度无关，光在任何惯性系中速度恒为c。你就说光束的运动速度与观测者速度是有关的。两束迎面相射的光相对速度是2c，不是c。两束同向平行运行的光相对速度是0，也不是c……

   爱因斯坦创建了一个完美的错误体系，你把它反过来，就成了一个完美的正确体系。

   在改写宇宙学的工作中，还有许多背后的趣事，这里就不——敍述了。

   书中难免有错误，欢迎批评指正。

   谢谢！

   2024年8月23日于湘潭

目录

序言

第一部分

2004年发表在《湖南中学物理》杂志上的两篇文章。

1.1，《红移——宇宙学疑点之一》。发表于《湖南中学物理》2004年第2期。

1.2，《星系的观测位置与星系的扩散速度》。发表于《湖南中学物理》2004年第3期。

第二部分

《宇宙学质疑——评狭义相对论的时空观和哈勃定律》。

2011年7月发表于网上“周君毅个人博客”。

2015年9月成书，由中国香港文化出版社出版。

目录

第一篇，评狭义相对论的时空观

2.1第一章 宇宙、空间、物质。

2.1、1两种宇宙观

2.1、2宇宙是有限的，还是无限的？

2.1、3宇宙有无中心？

2.1、4物质体系的中心坐标系

第二章时间与光速

2.2、1物质体系的统一时间

2.2、2双生子佯谬

2.2、3同向运动体之间的光传播问题

2.2、4同时的相对性

2.2、5洛伦兹转换和伽利略转换

2.2、6光速不变原理

2.2、7迈克尔逊——莫雷光波干涉实验

第一篇结束语

第二篇评哈勃定律

第三章评哈勃定律

2.3、1光谱线红移和哈勃定律

2.3、2问题

2.3、3什么情况下视线速度能与距离成正比？

2.3、4星系均衡扩散的三维球面模型

2.3、5谱线红移的其他解释

2.3、6产生红移的主要原因是光子能量的衰减

第二篇结束语

参考文献

第三部分“周君毅个人博客”上发表的文章

3.1一束光线中光子之间的相对速度是多少？

收入博客时间：2020年10月6日

3.2确认狭义相对论错误的一种简单方法

收入博客时间：2021年7月27日

3.3重新解读迈克尔逊——莫雷光波干涉实验

收入博客时间：2021年9月1日

3.4使命：终结狭义相对论

收入博客时间：2021年9月22日

3.5重做迈克尔逊——莫雷光波干涉实验——检测双臂旋转时干涉条伩是否移动

收入博客时间：2021年12月28日

3.6回答互联网上几个宇宙学问题

收入博客时间：2023年11月19日

3.7重建宇宙学——从推翻狭义相对论到全面改写宇宙学

收入博客时间：2024年5月3日

内容简介

目录

序言

3.7.1谱线红移

3.7.1、1谱线红移的概念

3.7.1、2产生谱线红移的主要原因是光波能量的自然衰减

3.7.1、3谱线红移与空间膨胀无关

3.7.2光速不变原理

3.7.2、1光速与观测者速度无关是伪命题

3.7.2、2光速不变原理佯谬

3.7.3迈克尔逊——莫雷光波干涉实验

3.7.3、1迈克尔逊——莫雷光波干涉实验

3.7.3、2重新解读迈克尔逊——莫雷光波干涉实验

3.7.3、3重做迈克尔逊——莫雷光波干涉实验，检测双臂旋转时干涉条纹是否移动

3.7.4伽利略转换与洛伦兹转换

3.7.4、1伽利略转换与洛伦兹转换

3.7.4、2实例否定洛伦兹转换

3.7.5时间

3.7.5、1狭义相对论的时间膨胀和牛顿力学的统一时间

3.7.5、2红移（光子衰老）否定时间膨胀

3.7.6空间膨胀与星际物质在静态空间的扩散

3.7.6、1是否承认静态空间的存在是牛顿力学与狭义相对论的根本分歧

3.7.6、2空间膨胀与星系扩散

3.7.7星系均衡扩散球面模型

3.7.7、1遥远的星系是早期宇宙的星系吗？

3.7.7、2星系均衡扩散三维球面模型

3.7.7、3三维球面模型分析

3.7.7、4星系观测位置与扩散速度的关系

结语

编后语

作者介绍

第一部分

2004年湖南中学物理2篇文章

1.1红移——宇宙学疑点之一

湖南冶金职业技术学院 周君毅

一、光谱线红移和哈勃定律

实验室内测定的某条光谱线波长为\(\lambda_{e}\)，观察者在地球测到某光源天体同一条谱线波长为\(\lambda\)，并设光源天体发射时该条谱线波长为\(\lambda_{0}\)，一般认为\(\lambda_{0} = \lambda_{e}\)。

光源天体光谱线波长改变量为\(\Delta\lambda\)，有\(\Delta\lambda = \lambda –
\lambda_{e}\)或\(\Delta\lambda =
\lambda – \lambda_{0}\).

波长改变量\(\Delta\lambda\)和波长\(\lambda_{e}\)的商称为光谱线移动量，以\(Z\)表示

\[Z = \Delta\lambda/\lambda_{e} = (\lambda
– \lambda_{e})/\lambda_{e}\]

\[或Z = (\lambda –
\lambda_{0})/\lambda_{0}\]

\(\Delta\lambda\)增加，谱线向红光端移动称为红移，\(\Delta\lambda\)减小，谱线向紫光端移动，称为紫移。在天文观测中，天体的光谱线多为红移。

根据多普勒（C.J.Doppler）原理红移说明光源天体远离我们地球，红移量\(Z\)等于光源天体和观测者的相对运动速度\(V_{r}\)和光速\(C\)的商。

\[Z = V_{r}/C\]

或\(V_{r} = Z \cdot C\)

\(V_{r}\)又称视线速度。

1929年美国天文学家哈勃（E.Hubble）确定河外星系的谱线红移值\(Z\)和它们到地球的距离\(r\)成正比，由此又确定相对运动速度\(V_{r}\)与\(r\)成正比。

\[H = V_{r}/r\]

或\(V_{r} = H \cdot r\)

H表示相对运动速度\(V_{r}\)和距离\(r\)的商，确定为一个常数，称哈勃常数。这就是著名的哈勃定律。

该定律认为谱线红移即为距离红移\(z_{r}\)（与距离\(r\)成正比的红移），也就是相对运动速度红移\(z_{v}\)（与相对运动速度\(V_{r}\)成正比的红移）。并且，根据这种认识推断，相对运动速度\(V_{r}\)和距离\(r\)成正比。

二、问题

数十年来，哈勃常数的数值一直难以确定，由超过500千米/百万秒差距·秒，到50千米/百万秒差距·秒，反复变化，最近则确定在80千米/百万秒差距·秒左右。令人怀疑，究竟是难以准确测量，还是因为哈勃常数原本就不是常数，即相对运动速度\(V_{r}\)与距离\(r\)不成正比。

学者们常用宇宙膨胀理论解释哈勃定律，在保尔戴维斯（Bardon.Chinese）著的《宇宙的最后三分钟》中，作者引入一维膨胀模型，见图1。该图以纽扣代表星系，橡皮带代表空间。橡皮带伸长时纽扣彼此远离。纽扣离得越远，它退行得越快，这种膨胀意味着退行速率与距离成正比。同时伸长的作用使沿橡皮带传播的波的波长变长，以此解释宇宙学红移现象。

图1

但是，这种一维膨胀模型与公认的宇宙膨胀理论中的三维球面模型并不相符，按照宇宙膨胀理论，假设各个星系团膨胀速度相等时，它们应该分布在一个球面上，球面半径R应等于星系扩散的速度和扩散时间T的乘积。见图2。

图2

以A代表银河星系，其扩散速度为\(V_{A}\)。以B代表某光源体星系，其扩散速度为\(V_{B}\)。由于光的传播需要一定的时间（可设为t年），银河系星系测到星系的光为t年前，该星系在\(B_{0}\)位置发出的光。该星系在\(B_{0}\)位置的扩散速度为\(V_{B0}\)。假设认为\(V_{B}\)等于\(V_{B0}\)，该星系两处位置的距离B₀B等于\(V_{B0}\)和时间t的乘积。

如果A、B两星系距离较近，同星系扩散时间T相比，t很小时，距离\(B_{0}B\)趋近于零，距离\(r =
AB_{0}\)。靠近球面弦长AB，在星系扩散时，弦长AB随半径R的增加面成线性增加，相对运动速度V_r，也随弦第AB线性增加，即相对运动速度V_r，与距离r近似成正比。

如果A、B两星系距离较远，同星系扩散时间T相比，t不是很小时，距离B₀B较大，AB₀就不会靠近弦长AB。此时A、B两星系相对运动速度

\[V_{r} = V_{A}\cos{\alpha_{A} –
V_{B}}\cos\alpha_{B}\]

其中α_A，α_B0分别为V_A和V_B0同距离AB₀。之间的夹角。从计算式中可以看出相对运动速度V_r与距离AB_0，即r之间不存在正比例关系。

在另外一本书中，用空间膨胀理论解释谱线红移，但该书未讲到相对运动速度V_r与距离r成正比，只是直接用空间尺度的扩大解释红移。

该书说，所谓红移指的是观测到的天体光源波长λ和发射时的波长λ₀相比较，在空间膨胀的情况下，发射时刻t₀的空间尺度R_t0与现在观测时刻t的空间尺度R_t是不同的，波长也会随着空间尺度的变化（放大）而变化（放大），相应有：

\[\lambda/\lambda_{0} =
R_{t}/R_{t0}\]

红移可表示为：

\[Z = (\lambda – \lambda_{0})/\lambda_{0}
= (R_{t} – R_{t0})/R_{t0}\]

红移的实质就是波长随着空间尺度的膨胀而自然增长。观测得越远，所代表的宇宙年龄越早，红移也越大。

这种理论初看起来颇有道理，似乎完美地解释了红移现象。但是，仔细分析，这种空间膨胀理论不仅不能解释红移现象，反倒让人怀疑空间膨胀理论的正确性。

如前面所言，我们谈到了一种谱线的三种波长，即实验室光源某条谱线的波长为λ_e，星体光源发射时该种谱线的波长λ₀和地球观测到的星体光源谱线的波长λ，并且我们定义红移为：

\[Z = (\lambda –
\lambda_{e})/\lambda_{e}\]

即：地球观测到的星体光源谱线波长λ和实验室光源同种谱线波长λ_e的差，同实验室光源波长λ_e的商。

该理论错误之处是在公式中用λ₀代替了λ_e即认为星体光源发射时谱线的波长λ₀即实验室光源谱线波长λ_e。

如果不存在空间膨胀的影响，即过去的空间尺度R_t0和现在的空间尺度R_t相同时，这时\(\lambda_{e} =
\lambda_{0}\)，这种替换是可以的。

有\(Z = (\lambda – \lambda_{e})/\lambda_{e}
= (\lambda – \lambda_{0})/\lambda_{0}\)

如果存在空间膨胀的影响，过去的空间尺度R_t0不等于现在的空间尺度R_t。星体光源在过去空间尺度R_t0下发射的谱线波长λ₀与现在空间尺度R_t下实验室光源谱线波长λ_e并不相等，即\(\lambda_{0} \neq \lambda_{e}\)，因此

\[Z = (\lambda – \lambda_{e})/\lambda_{e}
\neq (\lambda – \lambda_{0})/\lambda_{0}\]

我们定义红移时，使用的波长λ和λ_e都为现在空间尺度R_t下谱线的波长，而不是用过去空间尺度R_t0下的波长λ_0，我们所定义的红移并不考虑空间尺度的变化。

如果考虑空间尺度的扩大，有\(\lambda_{0}
< \lambda_{e}\)

则：（\(\lambda – \lambda_{0}）/\lambda_{0}
> (\lambda – \lambda_{e})/\lambda_{e}\)

这表示考虑空间膨胀影响的红移值（\(\lambda –
\lambda_{0})/\lambda_{0}\)将大于我们所定义的红移值\(Z = (\lambda –
\lambda_{e})/\lambda_{e}\)或者说我们所定义的红移值\(Z = (\lambda –
\lambda_{e})/\lambda_{e}\)中不包含空间膨胀，即空间扩大的影响，而是另有其他的影响因素。

如果只存在空间膨胀的影响因素，而无其他影响因素，天体光源在过去空间尺度R_t0下发射出的波长为λ₀的光谱线，随着空间的膨胀，空间尺度的扩大，波长自然增加到了λ，此时的波长λ应与同为现在空间尺度下实验室光源谱线波长λ_e相等，有\(\lambda = \lambda_{e}\)

\[Z = (\lambda – \lambda_{e})/\lambda_{e}
= 0\]

此时红移值为零

再次说明空间膨胀，即空间尺度的扩大不是产生红移的原因，用空间膨胀的理论，不能解释我们所说的红移现象。

随着天文观测的发展，又产生了新的问题。天文学家发现了一些谱线红移值特别大的星体，其中一些星体谱线红移值Z超过了4，按照公式\(\mathcal{V}_{r} = Z \cdot
C\)这些星体和银河系的相对运动速度应该是光速的4倍以上。而根据相对运动的理论，相对运动速度（视线速度）超过了光速，我们将不可能见到该星体发出的光线。

如何解释这个问题？有学者提出了引力红移的概念。

按照广义相对论，处在引力场中的辐射源发出的光，当从远离引力场的地方观测时，谱线会向红波方向移动，移动量与光源及观测者两处引力势的大小成正比，光谱线的这种红移称为引力红移。不过这种红移很小要造成巨大红移3或4，需要质量非常大（一亿个太阳质量）的黑洞，在这种强力场中，谱线将会很宽，而与实际观测到的大红移星体的谱线宽度不符，引力红移也难以解释星体谱线的大红移。

三、新的解释

1.谱线红移是一个综合量

据目前所知，影响谱线红移的因素有天体距离r，相对运动速度V_r和光源天体的引力场等。

哈勃定律认为，相对运动速度V_r与天体到地球的距离r成正比，根据多普勒原理，红移Z与V_r成正比，从而也就与r成正比。产生红移的原因就是多普勒原理，红移Z与距离r成正比，正是因为V_r与r成正比。

新的解释为，产生红移的原因不只是多普勒原理，它有多种原因，红移Z是一个综合量。

\[Z = Z_{r} + Z_{v} + Z_{m}\]

其中：Z为实测谱线红移值，

Z_r为距离红移值，它与距离r成正比，

\[Z_{r} = K_{r} \cdot r\]

其中，K_r为距离红移系数。

由于距离r等于光速与传播时间t的乘积r=c·t，因此距离红移，又可看成时间红移。

Z_v为相对运动速度红移值，它与相对运动速度V_r成正比。即，\(Z_{v} = K_{v} \cdot
V_{r}\)。K_v为相对运动速度红移系数。

Z_m为引力红移值，它与光源天体引力场的大小有关。当光源天体引力场不是特别大时，引力红移值较小，可以忽略。

在忽略引力红移时，有Z=Z_r+Z_v，即谱线红移值是距离红移值与相对运动速度红移值之和。认为谱线红移值等于距离红移值，又等于相对运动速度红移值是错误的，即Z=Z_r=Z_v是错误的。

在距离较小时，距离红移值较小，谱线的红移主要是相对运动速度红移。这时，如前面所说相对运动速度与距离成正比。在一般情况下，距离红移值与相对运动速度红移值不相等，即Z_r≠Z_v。相对运动速度V_r与距离r不成正比，相对运动速度V_r与距离r的商（即哈勃常数）H=V_r/r也不是常数。

2.产生距离红移的原因是光子能量的衰减

距离红移的产生与相对运动速度无关，即并非通常所称的多普勒原理。产生距离红移的原因是光子在长距离运动，也即在长时间的运动过程中能量的衰减、衰变。

根据量子理论，光子的能量E
=h·f，其中f是光的频率，h为普朗克常量。设光源天体发射时光子能量为E_0，频率为f₀，波长为λ₀，地球观测者，测到的光子能量为E，频率为f，波长为λ。

红移值Z=（λ-λ₀）/λ₀

=（f₀-f）/f

=（E₀-E）/E

波长的变化表示光子能量的变化，红移表示光子能量的衰减。产生这种衰减的原因除了天体间的相对运动速度，即退移速度之外，还有光子在长距离（即长时间）的运动过程中能量的自然衰减等。

1.2《星系的观测位置与星系的扩散速度》

——宇宙学疑点之一

湖南冶金职业技术学院 周君毅

一、星系观测位置与星系扩散速度的关系

星系的分布很复杂，我们只能在这里提出一个星系均衡扩散的三维球面模型，即认为宇宙在各个方向以相等的速度向外膨胀（或称为星系向外扩散），星系分布在一个球体的表面上。假设星系的扩散速度为V，扩散时间为T（即所谓宇宙年龄），各星系分布在一个半径为R的球面上，R=V·T，球面中心为O。

设银河系的位置在A，另一个星系现在在球面的B位置，我们观测到的该星系发射来的光并不是该星系在B处发来的，而是该星系t年前在B₀处发射来的光。由B₀到A的距离为r，有r=C·t，C为光速。A、B两星系扩散时的距离、速度和时间之间的关系，请参看图1。其中A、B两星系间扩散方向（扩散半径）之间的夹角为θ，星系B在B₀位置时的扩散时间为t₀，由B₀再经过t年到达现在的球面位置B，t₀+t=T。

图1 星系扩散时距离、速度、时间示意图

在三角形OAB₀中，根据余弦定理，有：

B₀A²=OB₀²+OA²-20B₀·OAcosθ

（Ct）²=（Vt₀）²+（VT）²-2Vt₀VTcosθ

把t=T-t₀代入

C²（T-t₀）²=（Vt₀）²+（VT）²-2V²t₀Tcosθ

化简：t₀²（C²-V²）-2t₀T（C²-V²cosθ）+T²（C²-V²）=0

解得：

\[t_{0} = \frac{(C^{2} – V^{2}cos\theta)
\pm \sqrt{2C^{2}V^{2}(1 – cos\theta) – V^{4}\sin^{2}\theta}}{C^{2} –
V^{2}}.T\]

取负数根号

\[t_{0} = \frac{(C^{2} – V^{2}cos\theta) –
\sqrt{2C^{2}V^{2}(1 – cos\theta) – V^{4}\sin^{2}\theta}}{C^{2} –
V^{2}}.T\]

设V=KC，其中0≤K<1

\[t_{0} = \frac{(1 – K^{2}\cos\theta) –
K\sqrt{2(1 – \cos\theta) – K^{2}\sin^{2}\theta}}{1 –
K^{2}}.T\]

上述结果表明，当星系扩散速度V等于某一个值时，时间\(t_{0}\)和角度\(\theta\)之间存在一定的函数关系。

令\(t_{0} = \varphi \cdot T\)

\[\varphi = \frac{(1 – K^{2}cos\theta) –
K\sqrt{2(1 – cos\theta) – K^{2}\sin^{2}\theta}}{1 – K^{2}}\]

在下述表1中列出K分别等于0.05，0.1，0.3，0.5，0.8，0.9时各个角度\(\theta\)所对应的\(\varphi\)值。

图2绘出了K分别等于0.05，0.1，0.3，0.5，0.8，0.9时所对应的星系观测位置曲线。该图绘的是球体过中心的圆剖面图，且只绘了半个圆，把各曲线绕MOA轴（直径）旋转一周，即可获得各星系在空间的观测位置曲面图。

图2 星系观测位置与扩散速度的关系

二、星系观测位置与扩散速度关系的分析

1.星系的观测位置决定于星系扩散速度

从星系的观测位置曲线可以看到，如果星系扩散速度较大，即V=K·C较大，如K=0.8，K=0.9等，星系观测位置曲线近MOA轴线，我们所观测到的星系将分布在一个较狭小的区域内。当x=c，即k=1时为极限位置，即OA轴线，这时我们将观测不到OA轴线外的星系，显然这与实际观测的结果不相符，星系扩散的速度V小于光速C，K<1。如果星系扩散速度较小，即V=K·C较小，如K=0.1，K=0.05等，星系观测曲线靠近圆周线，星系将分布在一个较大的区域内。

当V=0，即K=0时为极限位置。我们所观测到的星系将分布在圆周线（球体表面）上。这时各星系是静止的吗？应该不是的，星系朝外扩散的速度等于零，但是它们可能还有绕中心O的旋转运动，如果出现这种情况，宇宙膨胀理论将被否定，或者说只是过去膨胀过。

2.星系扩散速度V非等速时的修正

图2是各星系扩散速度的大小和方向均不改变的情况下的理想模型。如果由星系组成的星系团有自旋，或者星系有绕中心O的旋转，星系扩散方向将有变化，星系的观测位置曲线要进行修正。如果星系扩散速度的大小有变化，如星系朝外作加速或减速运动，星系观测位置曲线也要作修正。如果实际观测结果完全不符合上述分析，宇宙均匀膨胀的理论将要受到考验。

第二部分

《宇宙学质疑——评狭义相对论的时空观和哈勃定律》

序

退休前笔者曾在学校担任科协辅导老师。在接触了大量的科普知识后，发现了一些问题，后又继续收集资料，进行分析思考，历时10年，终于完成本文。2011年7月笔者以个人博客的形式在网上公开发表了本文，笔者的网址是：https://www.zhoujunyi.com.cn，欢迎读者登录查阅。

其中第二篇的主要内容曾在2004年的《湖南中学物理》杂志上发表过。《湖南中学物理》2004年第2期刊有（红移-宇宙学疑点之一），笔者在该文中提出了产生光谱线红移的原因之一是光波（光子）能量的衰减。《湖南中学物理》2004年第3期刊有（星系的观测位置与星系的扩散速度），笔者提出了星系均衡扩散的三维球面模型。

爱因斯坦提出狭义相对论已有百年。在这一百年间，批评之声从未间断。但是，在物理学教科书中，一直只向学生讲授爱因斯坦的狭义相对论，却从不提人们对狭义相对论的批评，这是不正常的。正是物理学权威机构长期拒绝批评的做法，导致非物理专业的学者也加入了这种批评。

笔者是工程力学教师，并非专业的物理学、天文学学者。以这种身份对近代最伟大的物理学家爱因斯坦的狭义相对论进行批评，必将引起震惊。如果没有经过深思熟虑，没有百分之百地把握，笔者是不会发表本文的。

笔者认为，我们应该对年轻的一代负责。我们不应该在大学的讲台上，在科普读物中向年轻的一代再讲述错误的东西。我们应该重新审核狭义相对论，哈勃定律等重要的物理学理论，以免误导青年。

笔者认为，物理学界对爱因斯坦过于迷信，不善于区分他的正确的东西和错误的东西。他的一些伟大的科学成就往往掩盖了他的一些重大的错误，狭义相对论就是他的一个最大的错误。

也许读者会说，可能是你错了，而不是爱因斯坦错了，究竟是谁错了？笔者想用一个简单的例子说明一下。

两束迎面相射的光相对速度是多少？太阳光射到地球约8分钟。如果有一束光由太阳射向地球，同时另一束光由地球射向太阳。约4分钟时，它们在地球和太阳的中间位置相遇。请问相遇前，两束光的相对速度是多少？

两束光相遇前，每秒钟缩短的距离是60万公里，牛顿运动学回答，两束光的相对速度是2倍光速，即2c。狭义相对论认为仍然是c。谁对呢？答案应该是2c。对于这个确切无疑的答案，狭义相对论为什么不承认呢？因为如果承认是2c，光速不变原理将被否定，建立在光速不变原理基础上的狭义相对论将会崩溃。

笔者坚信上述例子的答案是2c，因此认定光速不变原理是错误的，从而开始书写本文。笔者也请读者从这个问题开始，往下阅读本文。如果你认为在上述例子中，两束迎面相射的光相对速度是2c，而不是c，你就不会怀疑笔者对狭义相对论的否定了。

主流物理学家热衷于用高科技的物理实验验证狭义相对论，笔者却一针见血地指出，它的理论基础光速不变原理是错误的。最终高科技的物理实验也必将否定光速不变的原理，否定狭义相对论。

过去，我们的物理学教材一直用迈克尔逊一莫雷光波干涉实验否定绝对空间，确认光速不变原理的正确性。笔者经过仔细地分析，对迈克尔逊——莫雷干涉实验提出了新的解释，破解了这个百年之谜。迈克尔逊——莫雷光波干涉实验否定的不再是绝对空间而是光速不变原理。

在否定狭义相对论的同时，笔者提出了新的宇宙观，统一论。笔者认为宇宙中所有的物质是一个统一体，可称为物质体系或物质世界。在其中心，我们可以设立一个涵盖整个物质体系的三维中心坐标系。在某一时刻，所有的物质点在该坐标系中具有确定的坐标位置，整个物质体系具有统一的时间。

笔者呼吁我们的物理界、教育界不要再被爱因斯坦的权威所迷惑，不要再漠视人们对狭义相对论的批评。笔者希望物理界、教育界能为尽快结束狭义相对论的错误作出积极的努力。

本文难免有一些错误，欢迎读者批评指正。

2015年4月

内容提要

本书有两部分内容：第一篇（含第1、2章）评论狭义相对论的时空观；第二篇（第3章）评论哈勃定律。

在第一篇中作者认为狭义相对论对绝对空间的否定是错误的，所提出的光速不变原理也是错误的。绝对空间客观存在，是否定不了的。宇宙中所有物质作为一个统一体在静态空间中运动、演变。在这个统一体中我们可以确立一个三维中心坐标系。在这个坐标系中所有的物质具有统一的时间，一个物质点在任何时刻都有确定的坐标位置。它不会因为该物质点运动的快慢而改变，也不会因为观测者运动的快慢而改变。作者提出与狭义相对论完全对立的统一论：统一的物质体系，统一的坐标系，统一的时间。

在第二篇中作者指出1929年美国天文学家哈勃成功地发现河外星系的光谱红移与它们到地球的距离成正比。但是却错误地认为产生谱线红移的原因是多普勒效应。作者认为产生谱线红移的主要原因是光波（光子）在长时间的传播过程中能量的自然衰减。

第一篇 评狭义相对论的时空观

2.1 第一章 宇宙、空间、物质

2.1.1两种宇宙观

承认或不承认绝对空间的存在，宇宙是有限的、还是无限的，宇宙有无中心等问题，一直是宇宙学争论的问题。古人称：“往古来今谓之宙，四方上下谓之宇。”即宇为空间，宙为时间。现代通常把空间、时间及空间所容纳的物质联系在一起，把太空的一切统称为宇宙。

近代有两种不同的宇宙观，一种是牛顿的绝对时空观。他把时间看成独立于空间的，不断流逝的长河。把空间看成独立于物质的永远不变的装载物体的容器。把物体的运动看成在绝对空间中的位置变化。牛顿的时空观承认绝对空间的存在，且认为空间的所有物质（可称为物质体系或物质世界）包容于其中，并在其中运动。受历史条件的限制，牛顿的理论难免有不足之处。但是，我们认为他的基本观点仍是正确的。关于时间，我们将在后面阐述，本章将讨论空间和物质方面的问题。

另一种宇宙观是爱因斯坦根据相对论提出的“静态、有限、无界”的宇宙模型。他否定绝对的时空。后来弗里德曼等人提出了大爆炸宇宙论，以动态的宇宙膨胀理论否定了过去的静态宇宙模型。但是，是否存在绝对时空的问题上，依然是爱因斯坦的相对论占据主导地位。

在《相对论的意义》（阿尔伯特·爱因斯坦著，上海科学教育出版社，2003年1月第1版）一书中，爱因斯坦谈到了空间的概念。“将物体B、C……附加到物体A上去，可以形成新的物体，我们说我们延伸了物体A。我们可以这样延伸物体A，使其与任意其他物体相接触。物体A的所有延伸的集合，我们可以定义为‘物体A的空间’。于是一切物体都在（随意选定的）物体A的空间的说法是正确的。在这种意义下，我们不能抽象地谈论空间，而只能谈论属于物体A的空间。”爱因斯坦讲的空间是物体A的延伸，以物体A为中心的物体的集合，称属于物体A的空间，也就是随物体A一起运动的空间。不是那种什么都没有的静态空间。

爱因斯坦还指出：“不存在空虚空间这种东西，即不存在没有场的空间。空间——时间本身并没有要求存在的权利，它只是场的一种结构性质。”他说：“我们今天的世界图像就得承认有两种概念彼此完全独立地（尽管在因果关系上是相互联系的）存在，即引力场和电磁场，或者——人们还可以把它们叫作——空间和物质。”（引自《爱因斯坦是怎样创建相对论的》，尤广建著，湖南教育出版社，1999年4月第1版第4次印刷）。在这里，物质的又一种延伸——引力场和电磁场被爱因斯坦称为空间。

在《科学的丰碑–20世纪重大科技成就纵览》（陈建礼主编，山东科学技术出版社，1998年12月第1版第1次印刷）一书中，明确指出：“同任何外界事物都不发生联系的，任何实验都无法观察和检测出来的，实际上根本不存在的绝对时间、绝对空间和绝对运动的概念和理论，作为某个历史时代人类认识自然的最优秀的成就，随着20世纪晨曦曙光的冉冉闪耀，永远地被请进了人类文明的历史博物馆。”

爱因斯坦说不存在空虚空间这种东西，《科学的丰碑》说根本不存在绝对时间、绝对空间和绝对运动的概念和理论，并说这些东西永远被请进了人类文明的历史博物馆。但是，有些话说得也许太武断了。爱因斯坦提出相对论已经一百年了，人们依然没有忘记绝对时间、绝对空间、绝对运动的概念和理论。任何物质都容纳在广阔的、无边无际的空间之中，怎么能说空间同任何外界事物都不发生联系呢？任何物质（事物）都包容于空间内，并在其中做各种各样的运动，有目共睹，还要如何观察和检测呢？空间的本质就是什么都没有的真空，如果真能像检测实物一样检测出来的话，那就不叫空间了，空间是客观存在的，请不要说它“实际上根本不存在”，也不需要任何人赋予它存在的权利。

爱因斯坦定义的空间并非真正的空间，它只是物体（不管是实物，还是引力场或电磁场）的延伸。空间包容了宇宙中所有的物质，但不能说成属于物体A或属于物体B的空间。说“不存在没有场的空间”，把空间和时间看成“只是场的一种结构性质”，这只能说明爱因斯坦时空观的偏执。场同实物一样存在于空间之中，但不能把空间和时间一起看成“只是场的一种结构性质”。同实物一样，场是有限的。一个星系的引力场、电磁场无论多么强大，同无限的空间相比，它的作用范围是极小的。有限的场怎么能同无限的空间混为一谈？当主体星系演变和运动时，场也随之变化和运动，而我们所定义的空间是静态的，永恒的。动态的场和静态的空间是两个不同的概念，场取代不了空间。

爱因斯坦否定绝对空间，并将空间的概念和物质（物体A、B……或引力场、电磁场等）混同在一起。我们承认绝对空间，也就需要把空间同物质予以分开。报刊、杂志、书籍中有关宇宙的概念常常是模糊的，不能区分物质和空间。例如，人们常说的宇宙膨胀，往往指的是空间和物质一起膨胀，实际上只是物质由空间的一个小范围开始，向四周扩散，静态的空间并不随物质扩散。

2.1.2宇宙是有限的，还是无限的？

明确绝对空间的概念，并区分物质和空间，我们就可以讨论宇宙是有限的，还是无限的，宇宙有无中心等问题了。

爱因斯坦认为宇宙是“有限、无界的”。但是，从数学的观点看，限和界的概念是相关的。有限应有界，数量有限的物质分布的范围应该是有限的。爱因斯坦的“有限、无界”论不能让人信服。他解释不了这个问题，因为他否定绝对空间的存在，不能把物质和空间分开。

当我们把物质和空间分开后，这个问题的解答非常简单：宇宙中的物质体系是有限的，空间则是无限的。有限的物质存在于无限的空间之中，并在其中演变、运动。同宇宙膨胀的概念一样，不把物质和空间分开是得不到正确的答案的。只有抛开宇宙这个模糊的概念，把物质和空间分开，才能得到有限的物质体系和无限的空间的正确答案。

2.1.3宇宙有无中心？

既然物质体系是有限的，那么它必定会有一个中心。这里所讲的中心不是宇宙的中心，更不是空间的中心，而是物质体系的中心。

1999年10月24日的《参考消息》刊登了一篇署名为美国能源部的短文，标题为《问：宇宙有中心吗？》。该文说，“简单地回答，宇宙没有中心。我们常说宇宙中各个星系正远离我们而去，许多人便误以为我们处于宇宙的中心。请记住宇宙是均质和各向同性的，无论从宇宙中的任何一个点观察，向四周看上去，都是一样的。……有人觉得这种解释难以理解，那么可以用球体的表面来解释这个问题。你能说球体表面的任何一个点是中心吗？当然不能。宇宙也是同样的道理，宇宙自诞生以后，一直向外膨胀。但是我们不能说宇宙是从某一个特定的点向外膨胀的。”

作为权威性的美国能源部的这种宇宙无中心论代表了主流科学界的观点，也是爱因斯坦的观点，影响已久。这篇短文文字不多，却阐述了宇宙无中心论的主要观点。

说宇宙是均质和各向同性的，应该指宇宙中物质的分布是均匀的和各向同性的。如果物质体系是静态的，这种均质和各向同性的说法尚有可能。如果物质体系是动态扩散的，这种均质和各向同性的说法显然错了。根据宇宙大爆炸理论，宇宙中的物质长期向外扩散，这种动态分布的物质体系难以维持在各处的均匀分布——除非每一个单位体积内的物质都是均匀扩散的。在物质不断向外扩散的时候，各处的物质在扩散方向、扩散的反方向，以及这两个方向之外的其它方向的运动特征都不会一样，也不会有各向同性。认为从宇宙中的任何一个点向四周观察都是一样的，是没有根据的，在宇宙中的不同位置观察四周的物质将不会是相同的。

有中心论者并没有像古人一样，认为我们（地球、太阳或银河系）处于宇宙的中心。所谓“误认为”只是该文自己的误以为。反过来，倒是无中心论者常常以自己的观察点为中心。该文说“球体表面的任何一个点不会是宇宙的中心”。却不愿意告诉读者，球体或球面有一个中心，那就是球心！该文承认宇宙膨胀（物质体系向外扩张）理论，却否定宇宙是从某个特定的点向外膨胀的，而这个特定的膨胀起点又可能正好是球体或球面的中心。如果大爆炸宇宙起源理论是正确的，宇宙是由最初的一点爆炸形成的，即物质体系是由一点开始扩散的，这最初的一点就应该是它的中心。如果物质体系是呈球面形态，各个方向均衡向外扩散的，那么，扩散球面的中心，即扩散的起点，就是物质体系的中心。如果物质体系向外扩散时，各个方向的速度不是均衡的，即扩散时并非球面形态，扩散的起点依然是物质体系的中心。即使大爆炸理论是错误的，有限的物质体系也一定会有一个质量中心。

需要重申的是：这里所说的中心是物质世界或称物质体系的中心，它也可以视为宇宙的中心。但是说物质世界或物质体系的中心更确切。说成宇宙的中心，有时会误以为是宇宙空间的中心。空间是真空，是无限的，它各处一样，没有中心。有限的物质体系必定有一中心，按照扩散理论，扩散的起点应该就是该中心。有人用所谓的“奇点”，否定扩散起点的存在，这是错误的。物质体系有一个实实在在的中心点，不是虚无的奇点。

这个点在什么位置呢？如果宇宙膨胀（星系扩散）理论是正确的，我们只要沿着星系扩散的反方向，即可以找到这个点。在天体观测日益发展的今天，这应该是可以做到的。如果宇宙膨胀（星系扩散）理论是错误的，未来通过更精细的天文观测和计算，也总可以找到这个中心点。

2.1.4物质体系的中心坐标系

一旦确定了物质体系的中心，我们即可以以它为原点建立三维坐标系。这个坐标系可称为物质体系的中心坐标系或统一坐标系。为了便于计算，我们研究地球时，取地心为坐标系中心，研究太阳系时，取太阳为坐标系中心，研究银河系时，取银心为坐标系中心。同样道理，研究整个物质体系时，也应该取其中心建立坐标系。

中心坐标系的建立，不仅方便了对整个物质体系的研究，同时也对爱因斯坦的狭义相对论提出了极大的挑战。相对论者否定宇宙有中心，也就是否定中心坐标系。他们认为“无论从宇宙中的任何一点观察，向四周看上去，都是一样的。”然而，按照狭义相对论的理论，对同一事物的观察将因处于不同的惯性系而不同。不同的惯性系会因运动速度的不同，产生时间和距离方面的差异，当惯性系运动速度较大时，时间会变慢，距离会缩短。因此，从宇宙中不同的点（不同的惯性系）观察宇宙时，结果将不一样。

我们认为宇宙中的整个物质体系有一个确定的中心，并且能够在该中心建立一个统一的中心坐标系，将整个物质体系全部涵盖于其中。因而，在物质体系中的任何一个物质点发生的任何事件将有确定的（唯一的）统一坐标系时间（统一时间），它不会因观测者处于不同的位置，或不同的运动状态而变化。同样，在某一时刻，中心坐标系内的每一个物质点都将有确定的坐标。任意两个物质点之间的距离将是确定的（唯一的），它不会因观测者不同而变化。当我们向4光年距离的一个天体发射飞船时，其速度接近光速，到达时间为4年；如果它的速度为光速的百分之一，到达时间为400年；如果它的速度为光速的万分之一时，到达时间则为4万年。这4光年的距离不会因飞行的速度而改变。在接近光速飞行时，按照狭义相对论的理论，飞船上的时钟要走得慢些。但从统一时间看，从出发至到达依然是4年。

只有把宇宙中所有的物质看作一个整体，并在其中建立一个统一的三维坐标系，我们才能清晰地标定整个物质体系，确定各个星体在空间的位置和运动状态。无中心论认为从宇宙中任何一点向四周观察都是一样的，说明他们对宇宙中的物质体系缺乏整体认识。从某一个点（如地球）观测宇宙，将所得到的各星体的空间位置数据，通过一定的数学转换，可以得到中心坐标系中的宇宙星体分布和运动规律图，但中心坐标系中的宇宙星体分布图同某一点的星体观测图是有区别的，只有中心坐标系下的宇宙星体分布图才能最简明地表明宇宙中各星体的位置和运动状况。以太阳系为例，我们通过在地球上的观测，得到以太阳为中心的太阳系行星运动图，从而简明地反映出太阳系中行星的运动状况。地球或火星对太阳系的观测图无法与之相比。

但是由于现代天文观测的局限性，我们对整个物质体系的了解还很少，还不能确定宇宙中物质体系的分布情况和运动情况，还不能确定物质体系的中心位置，无法建立物质体系的中心坐标系。

目前，我们只能在地球上对宇宙进行观测，寻找物质体系在空间的分布规律和运动规律。我们只能建立以地球为原点的三维坐标系，标定物质体系。一旦确定了整个物质体系的物质分布规律和运动规律，确定了整个物质体系的中心位置，可以通过一定的数学转换，将以地球为原点的三维坐标系下的物质体系物质分布和运动规律图变为以物质体系中心为原点的三维坐标系下的物质分布和运动规律图。这就像我们从地球观测太阳系一样，由地球观测到的太阳系星体分布、运动规律图，可以转换为以太阳为中心的太阳系星体运动规律图。先建立以地球为原点的三维坐标系，对物质体系进行观测，并非像无中心论所言，是以地球为中心。我们要（只有）通过在地球上的观测，得到物质体系的物质分布和运动情况的数据，再通过数学关系转换为以物质体系中心为坐标原点的三维坐标系下的物质体系中物质的分布和运动规律，这与无中心论所说的以地球为中心是两回事。

以地球为原点的三维坐标系中的物质分布情况和运动特征同以物质体系中心为坐标原点的中心坐标系中的物质分布情况和运动特征是不一样的。但它们之间存在一定的数学转换关系。这种转换如同把地球观测到的太阳系星体的运动规律转换为以太阳为中心的太阳系星体的运动规律。整个物质体系具有统一的时间，我们这里讲的只是三维坐标系下的转换，因此这种转换不会有狭义相对论所谓的“动钟延续”“动尺缩短”。

最后，我们想谈一下，物质体系的中心坐标系和绝对空间的关系。该坐标系在绝对空间中是静态的，还是运动的？如果是运动的，那又是做什么运动？这一些都只能留待未来的天文观测分析解决。

2.2 第二章 时间与光速

2.2.1物质体系的统一时间

当我们把整个物质体系看成一个整体，并在其中建立一个中心坐标系时，物质体系中的各个物质点将有确定的坐标位置，具有统一的时间。即使我们目前无法确定物质体系的中心位置，无法建立中心坐标系，但这并不影响我们把整个物质体系看成一个整体，确定这个整体具有的统一时间。如果宇宙大爆炸理论是正确的，那么从大爆炸一刻诞生整个物质体系起，到宇宙中的物质体系演变到目前的形态，整个物质体系中的所有物质经历的是同一时间。该时间若是150亿年，那么宇宙中的所有物质都是150亿年，不会因任何原因（包括运动速度）而有所差异。不能说有些物质经历了140亿年，或有些物质经历了160亿年。

狭义相对论者认为：时间像河流，有些地方流得快一些，有些地方则流得慢一些。他们提出时间隧道和“虫洞”等概念，幻想能超越时空，回到从前或进到未来，但这些终归只是无法实现的幻想，甚至可以说是对青年的误导。

在洛伦兹转换中，一个过程，发生在不同惯性系的同一地点，则相对静止的惯性系测量到过程的时间间隔数值最小，即过程的时间间隔最短，称为该过程的固有时间，记作\(\tau_{0}\)，其他所有相对该惯性系运动的惯性系测量该过程的时间间隔数值都大于固有时间，记作\(\tau\)，

则有\(\tau = \tau_{0}/\sqrt{1 –
(u/c)^{2}}\)，其中：c为光速，u为两个惯性系之间的相对速度。

该式称为狭义相对论的运动时钟变慢。

为了验证这个理论，人们进行了各种实验，如测量飞机、卫星上的时钟与地面上时钟的差异，由于飞机与卫星的运动速度不是很快，处于加速或失重状态下的时钟与地面上的时钟难免有差异，这方面的精确性难以让人信服。

行星绕着太阳运动，行星上的时间是否比太阳的时间走得慢呢？不会的，太阳系演变到现在，行星和太阳具有同一时间标准。

2.2.2双生子佯谬

狭义相对论缺乏整个物质体系的概念。前面提到：“在相对静止的惯性系测量到一个过程的时间间隔数值最小，称为该过程的固有时间。”这种叙述是近来的提法，狭义相对论中洛伦兹转换相关的两个惯性系只有相对速度的概念，并没有相对静止的概念。两个惯性系要确定谁相对静止，必须有第三者参照。而且这个第三者还必须和整个物质体系或静态空间相联系，才能确定其本身运动的快慢，才能作为参照物，判断两个惯性系中谁相对静止。过去说的时间延缓，指甲惯性系上观察乙惯性系上的时间相对慢了；乙惯性系上观察甲惯性系上的时间相对慢了，并不是说运动快的惯性系上的时间比运动慢的惯性系上的时间延缓了。

因此，历史上就因时间延缓的相对性，引出了“双生子佯谬”。孪生兄弟甲留在地球上，乙乘高速飞船远航返回地球。根据洛伦兹转换的时间延缓效应：在甲看来，乘飞船返回的乙比甲自己年轻；而在乙看来，留在地球上的甲比自己年轻。究竟谁较年轻，洛伦兹转换回答不了这个问题，称双生子佯谬。请注意，这里的“在甲看来”，即乙相对甲；“在乙看来”即甲相对于乙，二者之间的相对速度为高速。但是，这里只提到二者的相对速度为高速，并没有讲：谁的绝对速度较低，即谁“相对静止”。

只是在后来，才提出了“相对静止”的问题。而一旦提出“相对静止的概念”，就必须确立物质体系的整体概念。缺乏整体概念，就不能确定两个惯性系中谁运动得较快，谁运动得较慢（相对静止）。在茫茫的宇宙中，两个星体擦肩而过，如果不考虑周围的环境，你能指出谁相对静止吗？所谓的“相对静止的惯性系”的提法，似乎只是两个惯性系之间的问题，实际上却超出了两个惯性系的范围。

为了避免出现“双生子佯谬”，“动钟延缓”引入了“相对静止的惯性系”概念。而“相对静止”又让狭义相对论陷入了新的矛盾。如何确定洛伦兹转换的两个惯性系中，哪一个是“相对静止的惯性系”呢？

2.2.3同向运动体之间的光传播问题

在科普书中有如下的一个例子，用以阐述动钟的延缓，简述如下：

飞机A和B以等速v同向平行飞行，见图2.3-1（a），A、B连线与飞行方向垂直。由A机向B机发射雷达波，探测与B机的距离。设固连于飞机A的坐标系为s’，固连于地面的坐标系为s系。s系的标准钟为t，s’系的标准钟为t’。

雷达信号的往返路径在s系和s’系是不同的，如图2.3-1所示。在竖直方向s系和s’没有相对运动，可以认为在竖直方向上的距离是相同的，如图2.3-1（a）所示，\(l’ = l\)。

把雷达信号自A机发出到达B机称为第一事件，把雷达信号到达B机后反射回A机称为第二事件。\(t’\)钟指示的这两个事件的时间间隔为\(2\Delta t’\)，钟t指示的时间间隔为\(2\Delta
t\)。由于光速各向同性，雷达信号“往”和“返”所经历的时间是相等的。

由图2.3-1（a）可知

\(l’ = l = c\Delta t’\)
(2.3-1)

其中c为雷达波传播速度

由图2.3-1（b）可知雷达信号的路径是一个等腰三角形ABA₁的两腰，而A机的飞行路径是这个三角形的底边。

腰长为\(\mathbf{AB} = \mathbf{c}\Delta
t\) （2.3-2）

底边长为\(\mathbf{A}\mathbf{A}_{1} =
2v\Delta t\) （2.3-3）

由几何关系可确定\(AB^{2} = l^{2} + \left(
\frac{\mathbf{A}\mathbf{A}_{1}}{2} \right)^{2}\)

即\(c^{2}\Delta t^{2} = l^{2} + v^{2}\Delta
t^{2}\) （2.3-4）

把式（2.3-1）代入式（2.3-4）得

\[c^{2}\Delta t^{2} = c^{2}\Delta
t’^{2} + v^{2}\Delta t^{2}\]

即\(\Delta t = \Delta t’/\sqrt{1 –
\frac{v^{2}}{c^{2}}}\)

或\(\Delta t’ = \Delta t \times \sqrt{1
– \frac{v^{2}}{c^{2}}}\) （2.3-5）

因为\(\sqrt{1 – \frac{v^{2}}{c^{2}}} <
1\)

因此\(\Delta t’ < \Delta
t\)

即动钟慢了。

上面的论述有什么问题呢？问题出在“光速不变的原理”。我们认为在动系s’上雷达信号传播的速度为c，有\(l = c\Delta
t’\)，这是错误的。这是一个典型的伽利略速度矢量合成的问题。雷达信号沿等腰三角形ABA₁的腰AB方向的速度为c。是绝对速度，以V_a表示。飞机A的运动速度V为牵连速度，以V_e表示。雷达信号在动系s’系的速度是相对速度，以V_r表示，见图2.3-1（c）。由矢量合成关系。

\[V_{a} = V_{e} + V_{r}\]

即\(c^{2} = v^{2} + v_{r}^{2}\)

\(v_{r} = \sqrt{c^{2} – v^{2}}\)
(2.3-6)

上式表示，雷达信号在s’系中的相对速度不是c，而是\(\sqrt{c^{2} – v^{2}}\)。

因此，

\[\begin{matrix}
& \Delta t’ = l/\nu_{r} \\
& = l/\sqrt{c^{2} – \nu^{2}} \\
& = \sqrt{c^{2}\Delta t^{2} – v^{2}\Delta t^{2}}/\sqrt{c^{2} –
v^{2}} \\
& = \Delta t
\end{matrix}\]

结果，在第一事件中，动钟和静钟的时间相同。同样的道理，在第二事件，动钟和静钟的时间也会相同。

两种计算，两种结果，问题就在于雷达信号在s’系中是否为光速？雷达信号传播的真实路径是等腰\(\overset{\cdot}{\Delta}ABA_{1}\)的腰AB斜线，而不是与运动方向垂直的\(l\)方向。AB方向为光速，而在\(l\)方向雷达信号在s’系中的相对速度并不是光速。它只是光速矢量的一个分矢量，大小为\(v_{r} = \sqrt{c^{2} – v^{2}}\)。

类似的例题在多本高校物理教材中出现。如列车在行进时，车顶的灯光向地板照射，放在列车上的钟，将测量到光线由车顶传到地板时，时间延缓了。在这些类似的例题中，都是光速不变原理的错误，导致了另一个错误：动钟延缓。

2.2.4同时的相对性

同时的相对性是狭义相对论的一个重要命题，相对论常用“爱因斯坦列车”阐述这个问题。

设想有一车厢相对地面以速度u作匀速直线运动，在车厢的正中位置有一闪光灯发出光信号，同时向车厢前后两端射去，如图2.4-1所示。

设地面为s系，车厢为s’系，光信号到达前壁为事件P₁，到达后壁为事件P₂。对s’来说，光传向前、后的速度均为c，因此光信号将同时到达前后壁，即P₁和P₂是同时事件。而对s系来说，按光速不变原理，光传向前后的速度也都为c。但因车厢以速度u相对s系向前运动，所以在s系中观测到光相对于后壁的速度为c+u，而相对于前壁的速度为c-u。因而s系的结论是：光信号到达后壁要比到达前壁早。于是在s’系中不同地点同时发生的两个事件，在s系中观测却不是同时发生的，这说明“同时”具有相对性。

这种阐述讲了一百年了，尽管遭到许多学者的批评，但我们的物理教材中，却从来只讲授“同时的相对性”，而不提人们对它的批评。

在分析“同时的相对性”的错误之前，我们设想一下：如果在爱因斯坦车厢中，由中间位置向前、后同时发射的不是光，而是速度为v的手枪子弹，情况会怎样呢？

在S系，因为子弹具有惯性，向前的子弹速度为v+u，向后的子弹速度为v-u。因车厢向前以速度u运动，射向前方的子弹和车厢的相对速度为：（v+u）-u=v。射向后方的子弹与车厢的相对速度为：（v-u）+u=v。两者相同，子弹同时击中前壁和后壁。在s’系射向前、后方的子弹速度均为v，也是同时。P₁和P₂两个事件，不管是s’系还是s系，都是同时的，并不存在“同时的相对性”问题。

在s系中，因为子弹具有一个与车厢速度相同的惯性速度（子弹的速度与发射体的速度有关）致使射向前后的子弹速度不相同，但同时到达前后壁。在s’系中，射向前后的子弹速度是相同的，也同时到达前后壁。子弹射向前后壁的“同时”在s系和s’系是统一的。

在爱因斯坦车厢中，射向前后的光信号，因为在s系和s’系中速度相同（都是c），导致射到前后壁的时间在s系中是不相同的，在s’系中却是相同的。问题又出在“光速不变原理”。光在s系和s’系中的传播速度真的会都是c吗？没有任何东西能够在两个具有相对速度u的惯性系（s系和s’系）中，保持相同的速度。或者在s’系中的传播速度为c，在s系中则不为c；或者在s系中速度为c，在s’系中则不为c，不可能同时为c。如果承认光速与光源速度无关（同子弹不一样），应该是后者。即光在静态空间s系中速度为c，在s’系中，射向车厢前端的光速为c-u，射向后端的光速为c+u。这与在s系中，射向前后端的光与车厢的相对速度是相同的。因而，不管是在s’系中，还是在s系中观测，都是光先射到车厢的后壁，后射到车厢的前壁。P₁和P₂两个事件不论是在s’系或是在s系都不是同时的。

子弹由车厢中间位置射向前后壁，将同时击中前后壁。光由中间位置射向前后壁，却不是同时达到的。区别在于子弹具有惯性，它的速度与发射体的速度有关，光的传播速度则与光源的速度无关。光在s’系中传播速度不能为c，否则就像子弹一样，其传播速度与发射体（光源）的速度有关。

2.2.5洛伦兹速度转换和伽利略转换

设s’坐标系相对s坐标系作匀速直线运动，速度为u。动点p沿u速方向作直线运动，在s’系中速度为v’，在s系中速度为v，如图2.5-1所示。

按照洛伦兹速度转换关系，有

\(v’ = \frac{v – u}{1 – \
\frac{uv}{c^{2}}}\) 或 \(v =
\frac{v’ + u}{1 + \frac{uv’}{c^{2}}}\)

按照伽利略速度转换关系，为\(v’ = v –
u\)或\(v = v’ + u\)

在众多的高校物理学教材中都有下述一个例题。

设两飞船A和B分别以速度0.90c、-0.90c沿相反的方向相对地面水平飞行，求它们之间的相对速度，见图2.5-2。

在多数教材中，按洛伦兹速度转换公式计算。

设地面为s系，飞船B为s’系，飞船A为运动体，其飞行方向为ox轴正向。

\[\begin{matrix}
v_{A}’ & = \frac{v_{A} – u}{1 – \frac{uv_{A}}{c^{2}}} \\
& = \frac{0.90c – ( – 0.90c)}{1 – \frac{- 0.90c \times
0.90c}{c^{2}}} \\
& = \frac{1.80c}{1.81} \\
& = 0.994\ c
\end{matrix}\]

答案是两艘飞船之间的相对速度为0.944c。

在康颖主编的《大学物理》（新版·科学出版社，2005年第1版，第1次印刷）中则指出：地面观测到飞船A相对于飞船B的速度，按伽利略矢量合成法则计算为：

\[V_{AB} = V_{AX} – V_{BX} = 0.90c – ( –
0.90c) = 1.80c\]

这就出现了两个相对速度：飞船A和B彼此观测时，相对速度为0.994c；在地面观测时，它们之间的相对速度为1.80c。

但是，两艘飞船之间真的会有两种相对速度吗？从地面观测也就是从整个物质体系的统一坐标系看，两艘飞船在1秒钟的时间内拉开的距离为54万公里，它们之间的相对速度为1.80c，这是确定无疑的。让人怀疑的是：两艘飞船相互观测时的相对速度真的为0.994c吗？从而也让人们怀疑洛伦兹速度转换的正确性。而洛伦兹转换是根据光速不变原理（光在所有惯性系中的传播速度都为c）推导出来的。对洛伦兹转换的质疑，再次让人们怀疑光速不变原理的正确性。

2.2.6光速不变原理

光速在所有惯性系中的传播速率都等于恒量c，它与光源，也与观测者的运动无关，称为光速不变原理。它是爱因斯坦狭义相对论的基础。

前面的几点讨论：两个平行运动体之间的光传播问题，爱因斯坦车厢光的前、后传播问题，两艘高速反向飞行的飞船之间的相对速度问题等，都导致对光速不变原理的怀疑。仅仅根据在地球（运动速度远低于光速）上进行的某些尚有争议的实验，就得到光速不变原理，这是欠慎重的。

下面再进行一些简单的分析。

两束迎面相射的光之间的相对速度是多少呢？按照狭义相对论，应该还是恒量c。而从统一坐标系看，两束光之间每秒钟缩短的距离为60万公里，它们之间的相对速度是2倍光速c。从太阳发射出来的光，照到地球约8分钟。如果有一束光从太阳射向地球，同时又有一束光由地球射向太阳，4分钟后，两束光在太阳和地球之间的中间位置相遇。显然这两束光从射出到相遇，它们之间的相对速度不是光速c，而是2倍光速c。也就是说，其中一束光在另一束光的坐标系中速度不是光速c，而是2倍光速c。也许这过于极端，光不能作为惯性系，我们可以把速度降低点：一束光在一个迎面而来，速率为0.5c的惯性系中速度为多少呢？难道还是光速c，而不是1.5c吗？

如果有一前一后同向运行的两束光，它们之间的相对速度还是光速c吗？从统一坐标系上看，它们之间前后的距离不变，相对速度应为0。也就是说，其中一束光在另一束光的坐标系中速度不为c，而是0，也许这又过于极端，我们把速度降低一点。假设一束光在一个与之同向，速度为0.5c的惯性系中传播，速度是多少呢？是c还是0.5c？从统一坐标系看，应该是0.5c，而不是c。

请看图2.6-1。图中有4束光A、B、C、D。其中光波B和D沿x轴正向运行，在光波B的后方和前方各有一束光波A和C，沿x轴负向运行。按照狭义相对论，光波B和其他三束光A、C、D之间的相对速度均为c，这显然是有问题的。从统一坐标系看，光波B和光波A之间是远离的2倍光速C；光波B和光波C之间是趋近的2倍光速c，光波B和光波D之间的相对速度为0。

2.2.7迈克尔逊——莫雷实验

前面谈到，光速不变原理是根据在地球（运动速度远低于光速）上进行的某些尚有争议的实验推导出来的。这些实验中有著名的迈克尔逊——莫雷实验。迈克尔逊——莫雷实验的目的是观测地球相对以太（静态空间）的绝对运动。实验装置是迈克尔逊干涉仪。本文采用由赵近芳老师主编的《大学物理》（北京邮电大学出版社，2002年8月第1版，2002年11月第2次印刷）的叙述。

该仪器的光路原理如图2.7-1所示，实验原理说明如下。设地球（s’系）相对于太阳（s系）速度为u。实验时，先将干涉仪的一臂（如RM₁）与地球运动方向（u速方向）平行。另一臂（如RM₂）与地球运动方向（u速方向）垂直。根据伽利略速度变换法则，在与地球固连的实验室坐标系中，光沿各方向传播的速度大小不相等。其中RM₁方向为（\(c – u）和（c +
u）\)；RM₂方向为\(\sqrt{c^{2} – u^{2}}和 – \sqrt{c^{2} –
u^{2}}\)。当两臂长度（\(l\)）相等时，光程差不为零，可以看到干涉条纹。如果将整个装置缓慢转过90°，应该发现干涉条纹移动。由条纹移动的数目，可以推算出地球相对以太（静态空间）参考系的绝对速度u。下面计算光线通过两臂往返的时间。

光沿RM₁臂往返的时间为：

\(t_{1} = \frac{l}{c – u} + \frac{l}{c + u}
= \frac{2lc}{c^{2} – u^{2}}\) (2.7-1)

光沿RM₂臂往返的时间为：

\(t_{2} = \frac{2l}{\sqrt{c^{2} –
u^{2}}}\) (2.7-2)

时间差为：

\(\Delta t = t_{1} – t_{2} =
\frac{2l}{c}\left\lbrack \frac{1}{1 – (\frac{u}{c})^{2}} –
\frac{1}{\sqrt{1 – (\frac{u}{c})^{2}}} \right\rbrack\)
(2.7-3)

两臂转过90°后，时间差为：

\(\Delta t’ = t_{1}’ – t_{2}’ =
\frac{2l}{c}\left\lbrack \frac{1}{\sqrt{1 – (\frac{u}{c})^{2}}} –
\frac{1}{1 – (\frac{u}{c})^{2}} \right\rbrack\) (2.7-4)

于是得到干涉仪转动前后，光通过两臂时间差的改变量为：

\(\begin{matrix}
& \delta t = \Delta t – \Delta t’ \\
& = \frac{2l}{c}\left\lbrack \frac{1}{1 – (\frac{u}{c})^{2}} –
\frac{1}{\sqrt{1 – (\frac{u}{c})^{2}}} \right\rbrack –
\frac{2l}{c}\left\lbrack \frac{1}{\sqrt{1 – (\frac{u}{c})^{2}}} –
\frac{1}{1 – (\frac{u}{c})^{2}} \right\rbrack \\
& = \frac{4l}{c}\left\lbrack \frac{1}{1 – (\frac{u}{c})^{2}} –
\frac{1}{\sqrt{1 – (\frac{u}{c})^{2}}} \right\rbrack
\end{matrix}\) (2.7-5)

考虑\(\frac{u}{c}\)是小量，利用近似公式

\[\frac{1}{1 – \alpha} \approx 1 +
\alpha,\alpha = \left( \frac{u}{c} \right)^{2}\]

\[\ \frac{1}{\sqrt{1 – \alpha}} \approx 1
+ \frac{\alpha}{2}\]

则\(\delta t \approx
\frac{2l}{c}(\frac{u}{c})^{2}\)

应有干涉条纹移动的数目为

\(\Delta N = \frac{c\delta t}{\lambda}
\approx \frac{2l}{\lambda}\left( \frac{u}{c} \right)^{2}\)
(2.7-6)

式中\(\lambda\)是真空中光波的波长。

该教材说1881年迈克尔逊首次实验，没有观察到预期的条纹移动。1887年迈克尔逊和莫雷提高实验精度，使臂长\(l = 11\)米，光波长\(\lambda = 5.9 \times 10^{-
7}m\)。如果取\(u = 3.0 \times 10^{10}m
\cdot s^{- 1}\)（为地球绕太阳公转的速度）预期\(\Delta N \approx
0.37\)条。但实验观测值小于0.01条。问题出在哪里？我们先看几个图。

图2.7-1为干涉仪初始位置图。其中臂RM₁为u速方向，臂RM₂与u速方向垂直。

图2.7-2为干涉仪两臂顺时针旋转45°位置，这时两臂相对于u速方向对称。

图2.7-3为干涉仪两臂自初始位置旋转90°的位置。臂RM₂为u速方向，臂RM₁与u速方向垂直。

图2.7-4为干涉仪旋转90°后，再将臂RM₁
绕RM₂旋转180°的位置。其中臂RM₂为u速方向，臂RM₁与u速垂直，但不在u速方向的右侧（下侧），而是到了u速方向的左侧（上侧），即臂RM₂的初始位置。该图可视为干涉仪处于初始位置时两臂互换位置图。

参照上述几个图，我们进行一些分析。

一、图2.7-4和图2.7-3所示干涉仪两臂的光程差是相同的。只要臂RM₁与u速垂直，就不必考虑臂RM₁是在u速方向（臂RM₂）的右侧（下侧）或是左侧（上侧）。

二、图2.7-4和图2.7-1相当于在初始位置，臂RM，和臂RM₂互换位置。结合图2.7-3分析，干涉仪两臂旋转90°，即相当于两臂互换位置。

三、干涉仪两臂旋转90°或是互换位置，对两臂的光程差有什么影响呢？

以往的分析认为干涉仪的两臂旋转90°，或是互换位置，其光程差数值不变，但正负号相反，旋转90°将导致光程差的改变量为原光程差的2倍。如图2.7-1所示，在初始位置，臂RM₂的光程比臂RM₁的光路小一个光程差。

\[\Delta t = \frac{2l}{c}\left\lbrack
\frac{1}{1 – (u/c)^{2}} – \frac{1}{\sqrt{1 – (u/c)^{2}}}
\right\rbrack\]

旋转90°后，臂RM₂的光程比臂RM₁的光程大一个同样的光程差。因此在旋转过程中，臂RM₂和臂RM₁之间的光程差的改变量是原初始位置光程差的2倍。

我们认为，两臂互换位置，光程差不仅数值相等，正负号也相同。两臂旋转90°时终止位置和起始位置的光程差改变量为零。

当两臂旋转90°或互换位置时，两臂的长度不变，其他条件（如透射、反射情况及两臂之间的夹角等）也相同，两臂的光程差应该是相同的（含正负号）。从干涉仪的制造和调试方面考虑，两臂各方面的光学条件都应该完全一样，否则就会影响数据，不能作为干涉仪使用。两臂的光程差，只与两臂同u速之间的角度有关，而与臂的选择无关。只要两臂中，有一臂为u速方向，另一臂与u速方向垂直，就将有一个确定的光程差值，而不必考虑究竟是哪一个臂为u速方向，哪一个臂与u速方向垂直。在目镜o中，我们看到的是一束u速方向的光和一束与u速方向垂直的光的干涉条纹。不论u速方向的光来自臂RM₁，与u速方向垂直的光来自臂RM₂，或是u速方向的光来自臂RM₂，与u速方向垂直的光来自臂RM₁，两束光的光程差相等，两束光的干涉条纹是相同的。结果是，两臂互换位置，光程差不仅数值相等，正负号也相同。两臂旋转90°，光程差改变量为零。

四、在两臂旋转90°的过程中，两臂的光程差有什么变化？

如图2.7-2所示，当两臂与u方向成45°角时，光程差最小。从理论上讲，如两臂长度相等，这时两臂的光程差应为零。

由图2.7-1位置开始，两臂顺时针旋转，光程差逐渐减小，到图2.7-2位置（45°方向）光程差最小（为0）。

由图2.7-2位置继续顺时针旋转，两臂的光程差又逐渐加大。到图2.7-3位置，两臂的光程差与图2.7-1位置两臂的光程差相同。

由图2.7-1位置开始，两臂旋转90°，到图2.7-3位置的过程相当于由图2.7-1位置顺时针旋转45°，到图2.7-2位置，然后又逆时针旋转45°，回到图2.7-1位置。

五、如果取该教材提供的实验数据：\(l =
11米\)，\(\lambda = 5.9 \times 10^{-
7}m\)，\(u = 3.0 \times 10^{10}m \cdot
s^{-
1}\)，由图2.7-1位置两臂旋转45°到图2.7-2位置，预期干涉条纹的移动数为0.185条。再由图2.7-2位置两臂旋转到图2.7-3位置，干涉条纹回移0.185条。终止位置（图2.7-3）和起始位置（图2.7-1）干涉条纹无变化。

六、计算式（2.7-5）应该改一个正负号

\(\delta t = \Delta t – \Delta
t’\)应改为\(\delta t = \Delta t +
\Delta t’\)

即\(\begin{matrix}
\delta t & = \Delta t + \Delta t’ \\
& = \frac{2l}{c}\left\lbrack \frac{1}{1 – \left( \frac{u}{c}
\right)^{2}} – \frac{1}{\sqrt{1 – \left( \frac{u}{c} \right)^{2}}}
\right\rbrack + \frac{2l}{c}\left\lbrack \frac{1}{\sqrt{1 – \left(
\frac{u}{c} \right)^{2}}} – \frac{1}{1 – \left( \frac{u}{c} \right)^{2}}
\right\rbrack \\
& = 0
\end{matrix}\)

上述分析与实验结果相符，因此迈克尔逊–莫雷光波干涉实验并不能否定绝对空间的存在。

七、利用迈克尔逊干涉仪观测地球相对静态空间的绝对运动应采用下述方法：

先将干涉仪的双臂置于与u速成45°角度的方向，然后顺时针或逆时针将双臂旋转45°，使其中一臂为u速方向，另一臂与u速方向垂直，观测该过程中干涉条纹的移动。

如果取该教材提供的实验数据\(l =
11米\)，\(\lambda = 5.9 \times 10^{-
7}m\)，\(u = 3.0 \times 10^{10}m \cdot
s^{- 1}\)上述过程中，干涉条纹的移动量应该为0.185条。

八、迈克尔逊–莫雷光波干涉实验不能否定绝对空间的存在，却可以用来检测或否定光速不变原理。

当迈克逊干涉仪两臂长度相等时，按照光速不变原理，无论双臂置于什么方位，显示屏上都不应出现干涉条纹。如果出现干涉条纹，则将否定光速不变原理。

当迈克尔逊干涉仪两臂长度不相等时，显示屏上将出现干涉条纹。但是，在双臂旋转时，干涉条纹将不应有任何移动。如果有移动，则将否定光速不变原理。

九、结合（七）和（八）分析

如果第七成立，即在该教材提供的实验数据下，先将干涉仪的双臂置于与u速成45°角的方向，然后顺时针或逆时针将双臂旋转45°，使其中一臂为u速方向，另一臂与u速垂直，所测干涉条纹的移动量为0.185条。这时迈克尔逊一莫雷实验结论将被颠倒：它证明的不再是光速不变原理，而是地球相对于静态空间（“以太”）的绝对运动的确存在，证明图2.7-1中光沿u速方向或垂直于u速方向的各种速度分析的正确性；它否定的不再是绝对空间（“以太”）的存在，而是光速不变原理（如第八点所述）。

第一篇 结束语

自爱因斯坦提出狭义相对论，已有百余年，它早已为主流科学界所接受，被称为20世纪最重要的科学成果。然而，批评之声也从未间断过，人们一直怀疑狭义相对论的正确性。但是在大学的物理教材中，狭义相对论作为重要内容，一直在向学生讲授，却从不提及人们对它的批评，为了对青年学生负责，我们有责任向我们的学生提出狭义相对论的问题。

这些问题包括以下方面：

一、地球的运动速度较慢，在地球上进行的一些实验，包括迈克尔逊一莫雷的光波干涉实验，真能否定绝对空间的存在吗？

二、光速不变原理（光在任何惯性系中传播的速度均为c）真的正确吗？

三、在高速运动时，真有洛伦兹转换吗？

四、所谓“动钟延缓”“同时的相对性”等概念对吗？

很遗憾，对于上述问题，我们均持否定态度。

如果迈克尔逊干涉仪的两臂具有相同的光学条件（两臂长度相等、透射、反射条件相同，且两臂夹角保持不变等），旋转90°或交换位置时，两臂光程差的改变量应为零，而不是过去人们认为的是初始光程差的两倍。这个分析与实验结果相符。因此，迈克尔逊-莫雷光波干涉实验并不能否定绝对空间的存在，也不能证明光速不变原理。

狭义相对论认为，所有惯性系中测量到的真空中光速沿各个方向都等于c，称之为光速不变原理。也就是说光速与光源的运动状态无关，也与测量者的运动状态无关。我们认为，说“所有惯性系中测量到的真空中光速沿各个方向都等于c”，有点过于武断，因为人们至今只在地球惯性系中测量了光速，而地球的运动速度远低于光速。据此即认定“所有惯性系中测量到的真空中，光速沿各个方向都等于c”，显然欠妥。

按照基本的运动学常识，没有任何运动体，相对于两个速率不同的惯性系能保持同一速度。也没有任何运动体，在一个动态的惯性系中，能保持各个方向速度一致。光波只有在静态空间中，沿各个方向的传播速度才等于c，而不会在所有惯性系中，沿各个方向都等于c。

光速不变原理的错误是显而易见的，明确它的错误将导致狭义相对论被全盘否定。根据光速不变原理推导出来的洛伦兹转换，“同时”的相对性，动钟延缓，动尺缩短等都将被否定。我们需要建立一种新的时空观。

迈克尔逊-莫雷实验并不能否定绝对空间的存在，事实上绝对空间是客观存在的，是否定不了的。巨大的，却仍是有限的物质存在于无限的静态空间中，并在其中运动、演变，这是我们的宇宙观。宇宙中所有的物质是一个整体，可称为物质世界或物质体系。整个物质体系具有统一的时间，它不会因运动者的速度快慢而改变，也不会因观测者的运动速度而改变。整个物质体系可以确定一个统一的中心坐标系统。在这样的涵盖整个物质体系的坐标系统中，任何物质点，在任何时刻都有确定的坐标位置，两个物质点之间的距离将不会因观测者的运动速度不同而改变，不会有动尺缩短的概念。在这样的统一坐标系中，只有伽利略速度变换，而没有洛伦兹转换。同狭义相对论对立的是承继牛顿力学的、又有所发展的统一论：统一的物质体系、统一的坐标系、统一的时间。

第二篇 评哈勃定律

2.3第三章 评哈勃定律

2.3.1 光谱线红移和哈勃定律

实验室内测定的某条光谱线波长为\(\lambda_{e}\)，观察者在地球测到某光源天体同一条谱线波长为\(\lambda\)，并设光源天体发射时该谱线波长为\(\lambda_{0}\)，一般认为\(\lambda_{0} = \lambda_{e}\)。

光源天体光谱线波长的改变量为\(\Delta\lambda\)，有\(\Delta\lambda = \lambda –
\lambda_{e}\)，或\(\Delta\lambda =
\lambda – \lambda_{0}\)。

波长改变量\(\Delta\lambda\)和波长\(\lambda_{e}\)的商称为光谱线移动量，以\(Z\)表示

\[Z = \Delta\lambda/\lambda_{e} = (\lambda
– \lambda_{e})/\lambda_{e}\]

\[或Z = (\lambda –
\lambda_{0})/\lambda_{0}\]

\(\Delta\lambda\)增加，谱线向红光端移动称为红移；\(\Delta\lambda\)减小，谱线向紫光端移动，称为紫移。在天文观测中，天体的光谱线多为红移。

根据多普勒原理红移说明光源天体远离我们地球，红移量\(Z\)等于光源天体和观测者的视线速度\(v_{r}\)和光速\(c\)的商。

\(Z = v_{r}/c\)或\(v_{r} = Z \cdot c\)

\(v_{r}\)又称退行速度

1929年美国天文学家哈勃确定河外星系的谱线红移值\(Z\)和它们到地球的距离\(r\)成正比，由此又确定视线速度\(V_{r}\)和\(r\)成正比。

\(H = V_{r}/r\) 或 \(V_{r} = H \cdot r\)

这就是著名的哈勃定律。其中\(H\)表示视线速度\(V_{r}\)和距离\(r\)的商，确定为一个常数，称哈勃常数。

该定律认为谱线红移即为距离红移\(Z_{r}\)，（与距离\(r\)成正比的红移），也就是视线速度红移\(Z_{v}\)（与视线速度\(V_{r}\)成正比的红移）。并且，根据这种认识推断，视线速度\(V_{r}\)和距离\(r\)成正比。

2.3.2问题

2.3.2.1哈勃常数是常数吗？

数十年来，哈勃常数的数值一直难以确定，由超过500千米/百万秒差距·秒，到50千米/百万秒差距·秒，反复不常。令人怀疑，究竟是难以准确测量，还是因为哈勃常数原本就不是常数，即视线速度\(V_{r}\)，与距离r不成正比。

产生光谱线红移的原因是多普勒效应吗？经验告诉我们声波的多普勒效应只在近距离有效，当超过一定距离后多普勒效应并不明显，图3.2-1.为声波多普勒效应与距离关系的示意图，图中横坐标为距离\(l\)，纵坐标为声波的频率，测量者的位置在坐标原点O，当声源体以u速向右运动，在声源体靠近时，测量者测得声波频率急剧升高；当声源体越过测量者远离时，测量者测得声波频率急剧下降。但在距离较远处，不论是趋近，还是远离，声波频率无明显的变化。

声波的多普勒效应只在近距离内有效，如果光波也是这样，哈勃定律将被否定，远距离的光谱线红移将不会是多普勒效应。

2.3.2.3星体谱线的大红移值否定公式\(Z = V_{r}/c\)。

随着天文观测的发展，天文学家发现了一些谱线红移值特别大的星体，其中一些星体谱线红移值\(Z\)超过了4，按照公式\(Z =
V_{r}/c\)，这些星体和银河系的视线速度应该是光速的4倍以上，根据相对运动原理，视线速度超过了光速，我们将不可能见到该星体发出的光。

星体谱线的大红移值，否定了公式\(Z =
V_{r}/c\)。红移值不能等于视线速度\(V_{r}\)和光速\(c\)的商。

2.3.3什么情况下视线速度能与距离成正比？

哈勃定律认为视线速度\(V_{r}\)和距离\(r\)成正比。二者之商是一个常数，称哈勃常数，即\(H =
V_{r}/r\)，那么在什么情况下，视线速度\(V_{r}\)能与距离\(r\)成正比呢？

2.3.3.1一维膨胀模型

学者们常用宇宙膨胀理论解释哈勃定律，在保尔戴维斯著的《宇宙的最后三分钟》（上海科学出版社。1999年）中，作者引入一维膨胀模型，见图3.3.1-1.该图以纽扣代表星系，橡皮带代表空间。橡皮带伸长时纽扣彼此远离。纽扣离得越远，它退行得越快，这种膨胀意味着退行速率与距离成正比。同时伸长的作用使沿橡皮带传播的波的波长变长，以此解释宇宙学红移现象。

但是，宇宙中星系的扩散显然不会是这种一维模型。

2.3.3.2引入星系均衡扩散球面模型。

假如宇宙中各个星系以相等的速度向外扩散（或称“宇宙均衡膨胀”），星系将分布在一个球面上。这种星系呈球面向外扩散的模型，也许是唯一个能解释视线速度\(V_{r}\)与距离\(r\)成正比的三维模型，那么我们看看在这种三维球面模型中，星系的观测位置与星系扩散速度之间的关系。从这种应该有的星系观测位置，判断宇宙中的星系真的是按球面状态扩散的吗？如果是，视线速度尚有可能与距离成正比，如果不是，则视线速度不可能与距离成正比？哈勃定律难以成立。

2.3.4 星系均衡扩散三维球面模型

2.3.4.1三维球面模型

假设星系均衡向外扩散，星系分布在一个球面上。设星系的扩散速度为V，扩散时间为T（即所谓宇宙年龄），星系分布的球面半径为R，R=V·T，球面中心为O。

设银河系的位置在A，另一个星系现在在球面的B位置，我们观测到该星系发射来的光不是该星系在B处发来的，而是该星系\(t\)时间前在\(B_{0}\)处发射来的光。由\(B_{0}\)到A的距离为\(r\)，有\(r = c
\cdot t\)，\(c\)为光速。A、B两星系扩散时的距离、速度和时间之间的关系，请参看图3.4.1-1。其中A、B两星系间扩散方向（扩散半径）之间的夹角为\(\theta\)，星系B在\(B_{0}\)位置时的扩散时间为\(t\)，由\(B_{0}\)再经过\(t\)时间到达现在的球面位置B，\(t_{0} + t = T\)。

2.3.4.2三维球面模型分析

参看图3.4.1.-1，在三角形OAB₀中，根据余弦定理，有

\[B_{0}A^{2} = OB_{0}^{2} + OA^{2} – 2
\times OB_{0} \times OA \times \cos\theta\]

\[(Ct)^{2} = (Vt_{0})^{2} + (VT)^{2} – 2
\times V \times t_{0} \times V \times T\cos\theta\]

把\(t = T – t_{0}\)

\[C^{2}(T – t_{0})^{2} = (Vt_{0})^{2} +
(VT)^{2} – 2V^{2} \times t_{0} \times T\cos\theta\]

\[化简：t_{0}^{2}(C^{2} – V^{2}) –
2t_{0}T(C^{2} – V^{2}\cos\theta) + T^{2}(C^{2} – V^{2}) = 0\]

\[解得:t_{0} = \frac{(C^{2} –
V^{2}\cos\theta) \pm \sqrt{2C^{2}V^{2}(1 – \cos\theta) –
V^{4}\sin^{2}\theta}}{C^{2} – V^{2}}.T\]

取负数根号

\[t_{0} = \frac{(C^{2} – V^{2}\cos\theta)
– \sqrt{2C^{2}V^{2}(1 – \cos\theta) – V^{4}\sin^{2}\theta}}{C^{2} –
V^{2}}.T\]

设\(K = V/C\)即\(V = KC，其中0 \leq K < 1\)

\[t_{0} = \frac{(1 – K^{2}\cos\theta) –
K\sqrt{2(1 – \cos\theta) – K^{2}\sin^{2}\theta}}{1 –
K^{2}}.T\]

上述结果表明，当星系扩散速度V等于某一个值时，时间\(t_{0}\)和角度\(\theta\)之间存在一定的函数关系。

令\(t_{0} = \varphi \cdot T\)

\[\varphi = \frac{(1 – K^{2}\cos\theta) –
K\sqrt{2(1 – \cos\theta) – K^{2}\sin^{2}\theta}}{1 – K^{2}}\]

在下述表3.4.2-1中列出了\(K\)分别等于0.05，0.1，0.3，0.5，0.8，0.9时各个角度\(\theta\)所对应的\(\varphi\)值。

2.3.4.3星系均衡扩散时星系观测位置与扩散速度的关系

图3.4.3-1绘出了K分别等0.05，0.1，0.3，0.5，0.8，0.9时所对应的星系观测位置曲线。该图绘的是球面过中心的圆剖面图，且只绘了半个圆，把各曲线绕MOA轴（直径）旋转一周，即可获得各星系在空间的观测位置曲面图。该图的一个重要特征是：所有的星系将在银河系的一侧。

在星空实际的观测中，星系是按这样的曲面分布的吗？如果是，星系将是均衡地按球面模型扩散的；如果不是，则星系将不是均衡地按球面模型扩散的。目前的天文观测尚无法确定宇宙中所有的星系是否分布在这样的曲面上，无法证明星系是均衡地按球面模型扩散的。如果星系按球面模型均衡扩散的方式被否定，意味着视线速度v_r难以与距离r成正比，v_r/r≠常数，哈勃定律难以成立。

2.3.5谱线红移的其他解释

2.3.5.1空间膨胀理论

有人提出空间膨胀的理论解释谱线红移，用空间尺度的扩大解释红移，该理论认为所谓红移指的是观测到的天体光源波长\(\lambda\)和发射时的波长\(\lambda_{0}\)相比较，在空间膨胀的情况下，发射时刻\(t_{0}\)的空间尺度\(R_{t0}\)与现在观测时刻\(t\)的空间尺度\(R_{t}\)是不同的，波长也会随着空间尺度的变化（放大）而变化（放大），相应有：

\[\lambda/\lambda_{0} =
R_{t}/R_{t0}\]

红移可表示为：

\[Z = (\lambda – \lambda_{0})/\lambda_{0}
= (R_{t} – R_{t0})/R_{t0}\]

红移的实质就是波长随着空间尺度的膨胀而自然增长。观测得越远，所代表的宇宙年龄越早，红移也越大。

初看起来这种理论颇有道理，似乎完美地解释了红移现象。但是，仔细分析，这种空间膨胀理论不仅不能解释红移现象，反倒让人怀疑空间膨胀理论的正确性。

如前面所言，我们谈到了一种谱线的三种波长，即实验室光源某条谱线的波长为\(\lambda_{e}\)，星体光源发射时该种谱线的波长\(\lambda_{0}\)和地球观测到的星体光源谱线的波长\(\lambda\)，并且我们定义红移为：

\[Z = (\lambda –
\lambda_{e})/\lambda_{e}\]

即：地球观测到的星体光源谱线波长\(\lambda\)和实验室光源同种谱线波长\(\lambda_{e}\)的差，同实验室光源波长\(\lambda_{e}\)的商。

该理论错误之处是在公式中用\(\lambda_{0}\)代替了\(\lambda_{e}\)，即认为星体光源发射时谱线的波长\(\lambda_{0}\)即实验室光源谱线波长\(\lambda_{e}\)。

如果不存在空间膨胀的影响，即过去的空间尺度R。和现在的空间尺度\(R_{t}\)相同时，这时\(\lambda_{e} =
\lambda_{0}\)，这种替换是可以的。

有\(Z = (\lambda – \lambda_{e})/\lambda_{e}
= (\lambda – \lambda_{0})/\lambda_{0}\)

如果存在空间膨胀的影响，过去的空间尺度\(R_{t0}\)不等于现在的空间尺度\(R_{t}\)。星体光源在过去空间尺度\(R_{t0}\)下的波长\(\lambda_{0}\)与现在空间尺度\(R_{t}\)下实验室光源谱线波长\(\lambda_{e}\)并不相等，即\(\lambda_{0} \neq \lambda_{e}\)，因此

\[z = (\lambda – \lambda_{e})/\lambda_{e}
\neq (\lambda – \lambda_{0})/\lambda_{0}\]

我们定义红移时，使用的波长\(\lambda\)和\(\lambda_{e}\)都是现在空间尺度\(R_{t}\)下谱线的波长，而不是用过去空间尺度\(R_{t0}\)下的波长\(\lambda_{0}\)，我们所定义的红移并不考虑空间尺度的变化。

如果考虑空间尺度的扩大，有\(\lambda_{0}＜\lambda_{e}\)。

则：（\(\lambda – \lambda_{0}）/\lambda_{0}
> (\lambda – \lambda_{e})/\lambda_{e}\)

这表示考虑空间膨胀影响的红移值（\(\lambda –
\lambda_{0}）/\lambda_{0}\)将大于我们所定义的红移值\(Z＝(\lambda –
\lambda_{e})/\lambda_{e}\)。或者说，在我们所定义的红移值\(Z＝(\lambda –
\lambda_{e})/\lambda_{e}\)中不包含空间膨胀，即空间尺度扩大的影响，而是另有其他的影响因素。

如果只存在空间膨胀的影响因素，而无其他影响因素，天体光源在过去空间尺度\(R_{t0}\)下发射出的波长为\(\lambda_{0}\)的光谱线，随着空间的膨胀，空间尺度的扩大，波长自然增加到了\(\lambda\)，这时的波长\(\lambda\)应与同为现在空间尺度下实验室光源谱线波长\(\lambda_{e}\)相等，有\(\lambda = \lambda_{e}\)

\[Z = (\lambda – \lambda_{e})/\lambda_{e}
= 0\]

此时红移值为零。

再次说明空间膨胀，即空间尺度的扩大不是产生红移的原因，用空间膨胀的理论，不能解释我们所说的红移现象。

2.3.5.2引力红移

为了解释大红移值问题，有学者提出了引力红移的概念。按照广义相对论，处在引力场中的辐射源发出的光，当从远离引力场的地方观测时，谱线会向长波方向移动，移动量与光源和观测者两处引力势差的大小成正比，光谱线的这种红移称为引力红移。不过这种红移值很小，要造成巨大红移3或4，需要质量非常大（一亿个太阳质量）的黑洞，在这种强引力场中，谱线将会很宽，而与实际观测到的大红移星体的谱线宽度不符，引力红移也难以解释星体谱线的大红移。

2.3.6产生红移的主要原因是光子能量的衰减

2.3.6.1谱线红移是光子（光波）能量的自然衰减

根据量子理论，光子的能量E=h·f，其中f是光的频率，h为普朗克常量。设光源天体发射时光子能量为E₀，频率为f₀，波长为\(\lambda_{0}\)，地球观测者，测到的光子能量为E，频率为f，波长为\(\lambda\) 。红移值

\[\begin{matrix}
Z & = (\lambda – \lambda_{0})/\lambda_{0} \\
& = (f_{0} – f)/f \\
& = (E_{0} – E)/E
\end{matrix}\]

波长的变化表示光子（光波）能量的变化，红移表示光子（光波）能量的衰减。

光波在长距离（长时间）的传播过程，即光子在长距离（长时间）的运动过程中能量的自然衰减是产生谱线红移的主要原因，产生谱线红移的主要原因不是多普勒效应。哈勃确定河外星系的谱线红移值Z和它们到地球的距离r成正比，这是正确的。但是用多普勒效应解释谱线红移则错了。

2.3.6.2能量衰减理论的意义

一旦确定光子能量的自然衰减是产生谱线红移的主要原因，这将给现代天文学带来一些新的影响。

星体谱线红移值的测定将帮助我们简单、准确地测量该星体到地球的距离，红移值Z与距离成正比，即Z=k_r·r，其中k_r为红移的距离系数，确定了k_r我们就能很方便地测量星系和地球之间的距离了。

如果产生谱线红移的原因不是多普勒效应，将对星系扩散“宇宙膨胀”的理论带来致命的影响。过去认为，谱线红移表明星体在远离我们，而且距离越远的星体，退行速度越大，从而说明星系是朝外扩散“宇宙膨胀”的。如果认定产生谱线红移的主要原因并非多普勒效应，那么谱线红移与视线速度无关。谱线红移不能证明星体在远离我们，不能证明星系是朝外扩散的“宇宙膨胀”。“宇宙膨胀”理论将需要重新考虑：用谱线红移之外的方法，测定星系是否朝外扩散。

第二篇结束语

1929年，美国天文学家哈勃确定河外星系的谱线红移Z和它们到地球的距离r成正比。但是却错误地认为产生谱线红移的原因是多普勒效应，从而确定视线速度v_r，和距离r成正比，有H=v_r/r，提出了著名的哈勃定律。其中H为视线速度v_r和距离r的商，称为哈勃常数。

哈勃定律的怀疑者提出产生谱线红移的原因并非多普勒效应，声波的多普勒效应只在近距离显著，而在较远的距离多普勒效应不明显，如果光波也是这样，那么远距离的红移将不会是多普勒效应。此外，多普勒效应也无法解释大红移值问题。

视线速度v_r真的与距离r成正比吗？数十年来，人们无法精确地测定哈勃常数，让人怀疑哈勃常数是否真为常数。只有星系均衡扩散的三维球面模型能解释视线速度v_r与距离t成正比，这种三维球面模型中的星系观测位置是一种特定的，与扩散速度有关的曲面，目前的天文观测尚无法确定宇宙中所有的星系是否分布在这样的曲面上。

产生谱线红移的主要原因不是光波的多普勒效应，而是光子（光波）在运动过程中能量的自然衰减。

\[\begin{matrix}
Z & = (\lambda – \lambda_{0})/\lambda_{0} & = (E_{0} – E)/E
\end{matrix}\]

其中\(E_{0}\)为光源天体发射光子的能量，\(E\)为地球上测到的光子能量。

谱线红移值\(Z\)与距离\(r\)成正比，即\(Z＝k_{r} \cdot r\)，其中\(k_{r}\)为红移的距离系数，也就是光子在长距离（长时间）的传播过程中的能量衰减系数。

确定了谱线红移的距离系数（光子能量的衰减系数）我们将能利用谱线红移简单精确地测定星系到地球的距离。

2011年7月完稿

参考文献

《科学的丰碑——20世纪重大科技成就纵览》陈建礼主编，山东科学出版社，1998年。

《大学物理手册》胡盘新主编，上海交大出版社，1999年。

《宇宙——物理学的最大研究对象》陆士炎著，湖南教育出版社，1999年。

《爱因斯坦是怎样创建相对论的》尤广建著，湖南教育出版社，1999年。

《宇宙的最后三分钟》保尔·戴维斯著，傅承启译，上海科学出版社，1999年。

《相对论的意义》阿尔伯特·爱因斯坦著，上海科学教育出版社，2003年。

《空间、时间和引力》王永久著，湖南教育出版社，1999年4月第1版第4次印刷。

《大学物理》康颖主编，新版，科学出版社，2005年第1版第1次印刷。

《大学物理》赵近芳主编，北京邮电大学出版社，2002年11月第1版第2次印刷。

第三部分
周君毅个人博客发表的文章

3.1
一束光线中光子之间的相对速度是多少？

发表于2020年10月6日个人博客，（由周君毅)

周君毅

（湖南工业大学退休教师）

这两年笔者一直在思索，如何用一个最简单的问题让众多的读者了解爱因斯坦狭义相对论的错误。今天笔者把自己的研究介绍给网友。

一束光线中，光子之间的相对速度是多少？多数网友会回答：当然是0，这么简单、这么直观的问题还用问吗？是的，同所有的高速粒子束一样，同一束光线中光子的相对位置不变，相对速度为0。这是大家直接观测到的，也是牛顿力学确认的。

但是，狭义相对论认为不是这样的。

狭义相对论中的光速不变原理认为：光在所有惯性系中的传播速度都等于恒量c，它与光源，也与观测者的速度无关。讲得通俗点就是：一束光线发射出来后，它与周围任何物体之间的相对速度都是恒量c。包括：它与迎面相射的光之间的相对速度是c（牛顿力学认为是2c）；它与同向平行运行的光之间的相对速度也是c（牛顿力学认为是0）。

当我们把一束光分解为若干个部分（几小束光）进行分析时，各个部分之间的相对速度也是c。当我们把光的概念缩小到它的最小单元——光子时，光速不变原理可以说成：光子在运动过程中，同周围的任何物体（包括同束光中的其他光子）之间的相对速度都是恒量c。于是，对于笔者提出的问题，狭义相对论的回答是：在一束光线中，光子之间的相对速度是c，不是0。

因此我们的问题将有两个答案：牛顿力学认为是0，而狭义相对论认为是c。

拥相派和反相派一百多年来的争论就聚焦到了这样的一个问题，在一束光线中光子之间的相对速度究竟是c，还是0
?

谁对呢？网友也许各有各的看法。但是笔者的态度是十分坚定的：牛顿力学是对的，是完全正确的。狭义相对论错了，错得离谱，错得荒唐。一束光线中光子之间的相对速度怎么会是光速c？从引入光速不变原理开始，狭义相对论就错了，一束光在传播的过程中，同周围所有物体之间的相对速度不可能都是同一个速度c。

大道至简，一个简单的问题让我们看到了狭义相对论的严重错误。如果网友有兴趣，还可以看看笔者的拙作《宇宙学质疑一评狭义相对论的时空观和哈勃定律》。该书全面系统地批判了狭义相对论的错误。网友只要在网上搜索笔者的网址：https://www.zhoujunyi.com.cn，即可全文阅读该书。

为了尽快终结狭义相对论，欢迎网友多多转发本文。也欢迎各种媒体予以报道。

谢谢！

欢迎批评指正。

2019年10月26日

3.2
确认狭义相对论错误的一种简单方法

发表于2021年7月27日个人博客，（由周君毅）

前一段时间，李子丰以推翻爱因斯坦狭义相对论的名义申报科技成果奖一事在网上闹得沸沸扬扬，被网友讽为哗众取宠，甚至有人把“说狭义相对论是假的”同“熟蛋返生”，“清水变油”扯到了一起，这种一边倒的舆论并不能说明狭义相对论的正确，只能说明我们的网友和媒体并不真正了解狭义相对论，不了解狭义相对论的错误，本文将向网友介绍一种确认狭义相对论错误的最简单的方法。

狭义相对论的基础是光速不变原理，如果光速不变原理能够确认，则狭义相对论是对的，反之，光速不变原理错了，则狭义相对论将被否定。

狭义相对论中的光速不变原理认为：光在所有惯性系中的传播速度都等于恒量c，它与光源，也与观测者的速度无关。讲得通俗点就是：一束光线发射出来后，它与周围任何物体之间的相对速度都是恒量c。

也就是说，狭义相对论认为：两束沿同一直线迎面相射的光之间的相对速度是c，两束同向平行运行的光之间的相对速度也是c，一束光中各个部分（几小束光）之间的相对速度还是c，甚至一束光中最小单元光子之间的相对速度也还是c。

牛顿力学则认为：两束沿同一直线迎面相射的光之间的相对速度是2c，两束同向平行运行的光之间的相对速度是0，一束光中各个部分之间（含光子之间）的相对速度是0。

谁对呢？这么简单，这么直观的问题，狭义相对论全错了，错得离谱，错得荒唐。

你能想象吗，在一束光线中各个部分之间，光子之间相对速度都是光速c!

普天之下，不知有哪一位物理专家，哪一个物理机构能够证明：两束迎面相射的光之间的相对速度是c而不是2c？一束光中各个部分之间（含光子之间）的相对速度是c而不是0？如果证明了，我们立马认输，接受狭义相对论。如果证明不了，则请承认光速不变原理是错误的，承认狭义相对论是错误的，终止狭义相对论在高校物理课中的教学。

爱因斯坦的狭义相对论看似很神秘，但是只要我们仔细地分析，就可以发现它的破绽，给它致命一击。

我们积极地参与批判狭义相对论的行动是出自强烈的责任心，当看到至今还有成千上万的学生在高校学习狭义相对论时，我们感到十分遗憾。

当前最重要的是唤醒物理界，让他们重视对狭义相对论的批判。

如果网友感兴趣，可以看一看我的书：《宇宙学质疑——评狭义相对论的时空观和哈勃定律》。只要在百度中输入“周君毅个人博客”即可全文查阅，该书全面系统地批判了狭义相对论。

为了尽快地终结狭义相对论，欢迎网友多多转发本文。

错误难免，欢迎批评指正。

2021年7月15日

3.3
重新解读迈克尔逊——莫雷光波干涉实验

——揭示狭义相对论一个严重的错误

（湖南工业大学退休教师）周君毅

发表于2021年9月1日(由周君毅)

一、实验介绍

迈克尔逊——莫雷光波干涉实验是狭义相对论的基础实验。在狭义相对论的理论中具有极其重要的意义。在本文中，我先介绍狭义相对论对迈克尔逊一——莫雷实验的阐述，再指出其中的错误。

本文引用的该实验的叙述取自赵近芳老师主编的《大学物理》（北京邮电大学出版社2002年8月第一版，2002年11月第二次印刷）。

实验装置是迈克尔逊光波干涉仪。图1是其原理示意图。干涉仪有两条相互垂直的，作为光的通道的臂RM₁和RM₂。两臂的长度可以调节，实验时取长度相等，为\(l\)。

如图1所示，光源K发出的光经分光镜R分为两束光：一束保持原方向，经过臂RM₁传至反射镜M₁，再折回R，并偏转90°反射到目镜O；另一束光经分光镜R折射90°沿臂RM₂传至反射镜M₂，再返回R，穿过R后，也射入目镜0。从目镜中可以观察到重新汇集的两束光在显示屏上产生的干涉条纹。

实验原理说明如下：

设地球（s’系）相对于太阳（s系）速度为u。实验时，先将干涉仪的一臂（如RM₁）与地球运动方向（u速方向）平行。另一臂（如RM₂）与地球运动方向（u速方向）垂直。根据伽利略速度变换法则，在与地球固连的实验室坐标系中，光沿各方向传播的速度大小不相等。其中RM₁方向为（c-u）和（c+u）；RM₂方向为\(\sqrt{c^{2} – u^{2}}和 – \sqrt{c^{2} –
u^{2}}\)。当两臂长度（\(l\)）相等时，光通过两臂的时间不相同，有一个时间差，可以看到干涉条纹。如果将整个装置缓慢转过90°，应该发现干涉条纹移动。由条纹移动的数目，可以推算出地球相对以太（静态空间）参考系的绝对速度u。下面计算光线通过两臂往返的时间。

光沿RM₁臂往返的时间为：

\(t_{1} = \frac{l}{c – u} + \frac{l}{c + u}
= \frac{2lc}{c^{2} – u^{2}}\) (1)

光沿RM₂臂往返的时间为：

\(t_{2} = \frac{2l}{\sqrt{c^{2} –
u^{2}}}\) (2)

时间差为：

\(\Delta t = t_{1} – t_{2} =
\frac{2l}{c}\left\lbrack \frac{1}{1 – (\frac{u}{c})^{2}} –
\frac{1}{\sqrt{1 – (\frac{u}{c})^{2}}} \right\rbrack\) (3)

两臂转过90°后，时间差为：

\(\Delta t’ = t_{1}’ – t_{2}’ =
\frac{2l}{c}\left\lbrack \frac{1}{\sqrt{1 – (\frac{u}{c})^{2}}} –
\frac{1}{1 – (\frac{u}{c})^{2}} \right\rbrack\) (4)

于是得到干涉仪转动前后，光通过两臂时间差的改变量为：

\(\begin{matrix}
\delta t & = \Delta t – \Delta t’ \\
& = \frac{2l}{c}\left\lbrack \frac{1}{1 – (\frac{u}{c})^{2}} –
\frac{1}{\sqrt{1 – (\frac{u}{c})^{2}}} \right\rbrack –
\frac{2l}{c}\left\lbrack \frac{1}{\sqrt{1 – (\frac{u}{c})^{2}}} –
\frac{1}{1 – (\frac{u}{c})^{2}} \right\rbrack \\
& = \frac{4l}{c}\left\lbrack \frac{1}{1 – (\frac{u}{c})^{2}} –
\frac{1}{\sqrt{1 – (\frac{u}{c})^{2}}} \right\rbrack \\
& = 2\Delta t
\end{matrix}\) (5)

上式说明干涉仪旋转90°后，光通过两臂的时间差有一个改变量，它等于初始位置光通过两臂时间差的2倍。

由于终止位置光通过两臂的时间差和初始位置光通过两臂的时间差不相同，显示屏上的干涉条纹应该有变化（移动）。

但是，实验结果并未测量到终、始两位置干涉条纹的移动。因此，实验否定了图1中对两臂光速的分析，否定了静态空间的存在，否定了光波在静态空间的绝对运动，确立了光速不变原理。

迈克尔逊——莫雷实验的这个结论对狭义相对论具有极其重要的意义。

二、重新解读迈克尔逊——莫雷实验

上述的分析有问题吗？

一百多年来，没有人怀疑上述分析，人们未发现上述分析有一个明显的破绽。式5中，\(\delta t = 2\Delta t\)是错误的！

在干涉仪旋转90°的过程中，初始位置光通过两臂的时间差为最大值。当两臂旋转到与u速方向成45°夹角时，两臂相对于u速方向对称，光通过两臂的时间相等，时间差为0。继续旋转，光通过两臂的时间差又逐渐加大，到干涉仪旋转90时，光通过两臂的时间差又同初始位置一样，达到最大值。

在初始位置（图1）臂RM₁为u速方向，臂RM₂与u速垂直，这时是一束u速方向的光和一束与u速垂直的光发生干涉。

旋转90°后，到图2位置，臂RM₂为u速方向，臂RM₁与u速垂直，两臂交换了位置，但仍然是一束u速方向的光和一束与u速垂直的光发生干涉。

旋转前后都是一束u速方向的光和一束与u速垂直的光发生干涉，初始位置和终止位置光通过两臂的时间差是相等的。因此，终、始两个位置显示屏上的干涉条纹图形是相同的，干涉条纹不会变化（移动），这与实验结果相符。

迈克尔逊——莫雷实验的实验装置、实验原理、实验过程和实验结果都是科学的、正确的，但是分析错了。干涉仪转动90°，终、始两位置光通过两臂的时间差相等，时间差的改变量为0。狭义相对论学者认为终、始两位置光通过两臂时间差的改变量是初始位置光通过两臂时间差的2倍，是错误的。

如果认识到这个错误，承认我们的分析是正确的，就将把过去的结论完全颠倒过来：迈克尔逊——莫雷实验不能否定图1中对两臂光速的分析，不能否定静态空间的存在，不能否定光波的绝对运动，也不能证明光速不变原理。这个结果对狭义相对论的打击是致命的。

三、结语

错误如此明显，为什么一百多年来，物理界却未能发现这个错误呢？也许他们太迷信爱因斯坦了。俗话说“当局者迷，旁观者清”，有时真是这样。物理界过于崇拜爱因斯坦，不相信狭义相对论会有错误。批评者则不一样，他们拿着放大镜寻找狭义相对论的错误，真还把错误找到了，而且还是十分严重的错误。我揭示这个错误是为了唤醒物理界，请物理界重视人们对狭义相对论的批判，重新审核狭义相对论的真伪。我希望能同物理界交流，希望能让媒体参与对狭义相对论的批判。希望尽快终止狭义相对论在高校中的教学，我们不能再向学生讲述这些错误的东西了。

为了尽快终结狭义相对论，欢迎网友多多转发本文。也欢迎各种媒体予以报道。

任重而道远，特别欢迎青年学者加入批判狭义相对论的行动中来。网友还可以在百度中输入“周君毅个人博客”全文阅读我的书：《宇宙学质疑——评狭义相对论的时空观和哈勃定律》。该书全面批判了狭义相对论的错误。错误难免，欢迎批评指正。

谢谢！

3.4 使命：终结狭义相对论

发表于2021年9月22日(由周君毅)

湖南工业大学退休教师

周君毅

自爱因斯坦提出狭义相对论，批评之声就从未停止。现在专业人士批评少了，非物理专业的”民科”人士的批评却此起彼伏，大有增强之势。本人有幸加入了他们的行列。这不是哗众取宠，而是出自强烈的责任心。当你看到每年有成千上万的学生还在学习狭义相对论这种错误的东西时，你能无动于衷吗？我于2011年完成了文章《宇宙学质疑——评狭义相对论的时空观和哈勃定律》。并于当年7月在网上以个人博客的形式全文公告。又于2015年成书公开发行。后来又写了几篇短文。如《一束光线中光子之间的相对速度是多少？》《确认狭义相对论错误的一种简单方法》《重新解读迈克尔逊——莫雷光波干涉实验一揭示狭义相对论一个严重的错误》等。

狭义相对论的基础是光速不变原理，如果光速不变原理能够确认，则狭义相对论是对的。反之，如果光速不变原理错了，则狭义相对论将被否定。因此我把否定狭义相对论的重点放在了否定光速不变原理上。光速不变原理认为：光在所有惯性系中的传播速度都等于恒量c，它与光源，也与观测者的速度无关。

其中”与观测者的速度无关”是一个明显的伪命题，它违背了运动学的基本规律。人们早就指出了这个错误，但狭义相对论学者依然我行我素，坚持推行光速不变原理。

为了讲清这个原理的错误，我提出了一个问题：在一束光线中，光子之间的相对速度是多少？把光速不变原理引入一个特定的例子，让读者看清狭义相对论的错误。

根据光速不变原理，光线一旦发射，它与周围任何物体之间的相对速度都是恒量c。在一束光线中的各个部分（几小束光）之间的相对速度也是恒量c。它的最小单元光子之间的相对速度还是c。这时光速不变原理的谬误就显示出来了：在一束光线中，各个部分之间、光子之间的相对速度竟都是光速c！我不知道，世界上是否还有比这更荒唐的事！不知有哪一位物理学专家能解释这个问题，能证明：一束光线中各个部分之间、光子之间的相对速度是c，而不是0。

重新解读迈克尔逊——莫雷光波干涉实验，是我否定光速不变原理的第二个要点。狭义相对论学者在解释迈克尔逊——莫雷光波干涉实验时犯了一个明显的错误。他们认为：干涉仪双臂转动90度，终止位置光通过两臂的时间差同初始位置光通过两臂的时间差不相等，有一个改变量，两位置干涉条纹应该有变化（移动）。而我的分析认为：干涉仪双臂转动90度，即双臂交换位置。终止位置光通过两臂的时间差同初始位置光通过两臂的时间差是相等的。因此两位置干涉条纹图形相同，不会变化（移动），这与实验结果相符。

我的这个分析让光速不变原理失去了实验基础，变成了空中楼阁。一百多年来，狭义相对论一直以迈克尔逊——莫雷光波干涉实验否定绝对空间、否定光的绝对运动、肯定光速不变原理。经重新解读后，该实验不再支持光速不变原理，对狭义相对论的打击是致命的。

有人把狭义相对论同广义相对论混在一起，统称相对论。然后列出一些广义相对论的实验，说相对论得到证明——似乎包含狭义相对论也得到了证明。我们说，狭义相对论和广义相对论是两个不同的研究内容，广义相对论的实验证明不了光速不变原理，证明不了狭义相对论。

由于以上两点：光速不变原理违背了运动学基本规律，却又得不到实验支持，因此光速不变原理已经被否定。失去光速不变原理支持的洛伦兹转换、同时的相对性、动钟变慢、动尺缩短等全都成了垃圾，狭义相对论崩溃。

也许网友会问：问题就这么简单？我可以告诉网友，狭义相对论看似很神秘、很复杂，其实它的要害就是光速不变原理。抓住了这个要害，否定了光速不变原理，就否定了狭义相对论。这中间一个关键问题是：重新解读迈克尔逊——莫雷光波干涉实验，让光速不变原理失去了实验支持。

但是要从狭义相对论学者对迈克尔逊——莫雷光波干涉实验的阐述中找出问题，颠覆过去的结论，并不是很容易的事。过去的阐述，全世界的专家们已经讲了一百年了！没有足够的胆识，没有足够的分析能力，能找到问题吗？你找到的问题能经得起专家的审核，能让专家认可吗？否定光速不变原理说简单，又不简单，其中付出的心血、精力，一言难尽。

有关该实验的详细叙述请看我的短文：《重新解读迈克尔逊——莫雷光波干涉实验——揭示狭义相对论一个严重的错误》。由于这个错误太明显了，相信专家们不会对我的解读有异议

默默无闻工作近20年，没有要国家的一分钱科研经费，全凭一己之力，能取得如此重大的科研成果，本人深感欣慰。

在拨乱反正，推翻狭义相对论，重建牛顿力学体系方面，中国人无疑走在了世界的前列。外国人总说中国没有基础科研，我们说这就是基础科研，是最重要的基础科研。中国人要摧毁旧的、错误的宇宙观，建立新的科学的宇宙观。

但是，很遗憾，我们的工作遇到了极大的阻力。

不管阻力有多大，我们都会继续努力工作，完成我们光荣的历史使命：终结狭义相对论。

同时附上我的两篇短文：《确认狭义相对论错误的一种简单方法》及《重新解读迈克尔逊——莫雷光波干涉实验——揭示狭义相对论一个严重的错误》为了尽快终结狭义相对论，欢迎网友多多转发，也欢迎各种媒体予以报道。

错误难免，欢迎批评指正。

谢谢！

2021年8月18日

3.5
重做迈克尔逊——莫雷光波干涉实验

——检测双臂旋转时干涉条纹是否移动

发表于2021年12月28日周君毅个人博客.(由周君毅）

在大学的物理教材中关于迈克尔逊——莫雷光波干涉实验，都只谈到在干涉仪双臂旋转90度时，终止位置光通过两臂的时间差和初始位置光通过两臂的时间差的变化情况，而未谈到在双臂旋转的时候（旋转的过程中），干涉条纹是否有变化（移动）。这是一个重大的疏忽，这个疏忽，不知是过去的研究者有意的，还是无意的。

干涉仪双臂旋转时，干涉条纹是否变化（移动），是一个重要的问题。在我的书《宇宙学质疑——评狭义相对论的时空观和哈勃定律》（2015年出版）中早就指出：在双臂旋转时，干涉条纹不应有任何移动。如果有移动则将否定光速不变原理。因为，这表明光速随方向的改变而变化，不同的方向，光速不一样。

因此，我们可以重做迈克尔逊——莫雷光波干涉实验，观测在双臂旋转时，干涉条纹是否移动。如不移动，则可确认光速不变原理；如有移动，则将否定光速不变原理。

12月2日下午，我参观了湖南科技大学的物理实验室，观看了迈克尔逊光波干涉实验，并向实验室老师建议重做迈克尔逊——莫雷光波干涉实验，检测在双臂旋转时，干涉条纹是否移动，验证光速不变原理是否正确。

在这里，我也向其他有条件的大学物理实验室建议重做这一实验。检测干涉仪双臂旋转时，干涉条纹是否移动。

这个实验，设备简单，原理清晰，但意义却十分重大。它将直接否认光速不变原理，终结狭义相对论。

至此，我对光速不变原理共提出了三条否定意见，综述如下：

第一条，指出光速不变原理违背了运动学基本规律。它将导致出现一束光线中光子之间相对速度为光速的谬误。详情可参看我的短文《确认狭义相对论错误的一种简单方法》。

第二条，重新解读迈克尔逊——莫雷光波干涉实验。指出狭义相对论学者对迈克尔逊——莫雷光波干涉实验的解释错了，让光速不变原理失去了实验支持。详情可参看我的短文《重新解读迈克逊——莫雷光波干涉实验》。

第三条，公开提出重做迈克尔逊一莫雷光波干涉实验，检测在干涉仪双臂旋转时，干涉条纹是否移动。

网友会说，实验结果可能有两种情况：移动或不移动。我们说，从理论上分析，光速不变原理是错误的，因此这个实验是一种验证实验，它将验证光速不变原理的错误。实验结果必将是双臂旋转时，干涉条纹将移动。

完成这个实验后，我相信不会再有人坚持光速不变原理了。

不知道专家们对我的这三条否定意见有何看法？我愿意与之交流，接受批评。但是如果没有专家能够否定上述三条意见。我希望有关部门能够承认光速不变原理是错误的，狭义相对论是错误的。终止狭义相对论在大学物理课中的教学。

欢迎各种媒体予以报道，宣传，也请网友多多转发。

谢谢！

错误难免，欢迎批评指正。

湖南工业大学退休教师

周君毅

2021年12月17日

3.6 回答互联网上几个宇宙学问题

发表于2023年11月19日周君毅个人博客。（由周君毅）

近期在百度上出现一些宇宙学方面的文章，我阅读过后，发现了一些问题，当即发表了一些评论。现在把一些评论归纳为下述三个方面的问题，汇集成文，献给读者。

三个问题包括：

1.空间膨胀和星体扩散。

2.遥远的星光是在“一瞬间”传到地球上来的吗？

3.遥远的星系是早期宇宙的星系吗？

一、空间膨胀和星体扩散。

在红移发现后，物理界提出了宇宙空间膨胀的概念。专家们认为整个宇宙空间像气泡一样，或者说像发面包一样膨胀。甚至认为这种膨胀速度超过了光速。

爱因斯坦模糊了宇宙的概念，把空间和物质混为一谈。他认为不存在空虚空间这种东西，即不存在没有场的空间。空间——时间本身没有要求存在的权利，它只是场的一种结构性质。

牛顿力学则将空间和物质区分开来。认为绝对的、静态的空间客观存在，（谁也否定不了）。引力场和电磁场只是物质的延伸，它们占据了一定的空间位置，但它们不是空间。

不同于物理界所谓的空间膨胀理论，牛顿力学认为：空间是静态的，不会变化，当然也就不会膨胀。宇宙膨胀只是空间的所有物质在静态空间中由爆炸点朝外扩散。这种扩散速度也不会超过光速。

空间膨胀和星体扩散，是两种截然不同的概念，显然空间膨胀的概念是错误的。银河系内有众多的星系，它们一起朝同一个方向飞奔，但它们内部相互之间的位置却比较稳定。如果是空间膨胀，它内部尺寸应该扩大，整个星系应该均冲地朝四周扩散，而不是整个星系朝一个方向运动。

整个宇宙空间不会膨胀，银河系所在的空间也没有膨胀，是整个银河系在静态空间中高速飞奔。

二、遥远的星光是在“一瞬间”传到地球的吗？

狭义相对论认为：物体的运动速度较快时，时钟将会变慢。当达到光速时，时间会停止。这种现象称为动钟变缓，或时间膨胀。他们认为不管距离多远，从遥远的星系发过来的光都是“一瞬间”（时间为零）传到地球上来的。

这是十分荒谬的。一束光在路上走了一亿年，他们说是一瞬间。走了十亿年，也是一瞬间。如果再追问下去，他们会说，我们在地球上观测时，光是走了一亿年。但是，如果是置身在这束光线上，你会感觉时间是静止的，是在一瞬间到达地球的。他们认为光束上的时间同地球时间不一样。

牛顿力学认为时间标准是统一的。人们在地球上观测到一束光线运行的时间，同光束自身运行的时间是统一的。我们观测到一束光在空间运行了一亿年，那这束光本身经历的时间也是一亿年，而不是“一瞬间”。

产生谱线红移的主要原因是光子（光波）在传输过程中能量的自然衰减。这种能量的衰减，也就是光子的衰老。这种衰老随光束传输的距离（传输时间）增加而增加。这种衰老可以由它的红移值检测出来。一亿年前的光有其一亿年光对应的红移值。十亿年前的光有其十亿年光对应的红移值。

红移显示，我们在地球上观测到的光，已经不是当初发出的原始光，而是一束衰老了的光。这种衰老表明光束并非”一瞬间”到达地球的。一束光在路上跑了一亿年，它自身的衰老时间（由红移显示）也是一亿年，二者是一致的。

谱线红移（光束衰老）证明了光束自身经历的时间，同外部观测到的运行时间是统一的。我们观测到一束一亿年前的光，它的运行时间是一亿年，它自身衰老的时间也是一亿年。一束十亿年前的光，它的运行时间是十亿年，它自身衰老的时间也是十亿年。

时间的标准是统一的，不会因物体的运动速度而改变。光束如此，其他的运动体也是如此。从大爆炸开始，宇宙中的所有物质都有一个统一时间。如果大爆炸发生在138亿年前，那么宇宙中所有物质的年龄都是138亿年。不会说有些物质经历的是130亿年，有些物质经历的是150亿年。

三、遥远的星系是早期宇宙的星系吗？

詹姆斯。韦伯太空望远镜的成功发射，极大地提高人类的视野。该望远镜观测到红移值达13.2的遥远星系，距离地球约135亿光年。但是出乎天文学家的意料，该星系过于“成熟”，不像专家预估的早期星系。

他们认为宇宙大爆炸时间为138亿年，星光传输时间为135亿年，该星系应该是大爆炸后3亿年左右的星系，即早期宇宙的星系。但根据星系形成演化的理论，早期宇宙的星系不可能如此“成熟”。天文学家无法解释这一观测结果。

于是有人提出了增加大爆炸时间的方法予以解释。认为宇宙年龄不是138亿年，而是260亿年。这样，韦伯望远镜观测到的星系就不是早期宇宙的星系，而是中期宇宙的星系了。这种解释看似有道理，但依然是错误的。

二者的错误是：专家们计算星系年龄的方法错了。专家们认为：星系年龄（3亿年）=宇宙大爆炸时间（138亿年）一星光传输时间（135亿年）。这是错误的。

这是一种静态的计算方法，即认为大爆炸后，星系未动，都留在爆炸点等待观测。他们认为韦伯望远镜观测到的正是这些留在原地未移动的星系。

实际上大爆炸后星体都高速远离了爆炸点。韦伯望远镜观测到的是早已飞离了爆炸点的星系，并非留在爆炸点未动的早期宇宙的星系。

大爆炸后，星系朝外扩散，扩散形式很复杂。我们只能提出一个最简单的模型，即星系均衡扩散球面模型。假设以爆炸点为中心，各个方向的星系都以等速成球面形态朝外扩散。这时星系的观测位置与扩散速度有关。详细分析可参看本人的《宇宙学质疑——评狭义相对论的时空观和哈勃定律》一书。感兴趣的网友在百度上输入“周君毅个人博客”可查阅详情。

星系扩散的实际情况肯定复杂得多，不可能是等速均衡扩散的。我们还要根据观测情况，进行各种修正。但是，星系均衡扩散模型开启了星系由静态研究到动态研究的转变，为天文研究打开了一扇崭新的窗口。

结语，

自引入爱因斯坦的相对论时空观后，宇宙学成了一锅粥——稀里糊涂，一片混乱。光速不变原理，空间膨胀，洛伦兹转换，动钟变缓，动尺缩短等全是垃圾。我们必须好好地梳理一下，去伪存真，重建牛顿力学时空观了。静态的空间，扩散的星系，统一的时间，伽利略转换等才是真实的宇宙。

湖南工业大学周君毅

2023年11月8日

3.7 重建宇宙学

——从推翻狭义相对论到全面改写宇宙学

湖南工业大学退休教师周君毅

发表于2024年5月9日周君毅个人博客，（由周君毅）

本文将还世界一个正确的、科学的宇宙观、时空观。

本文是一堂针对性很强的辨识真伪的物理课，谨献给广大热爱科学的青少年。

借此机会，作者与天下千万劳动者共勉：

各尽所能，

各有所成。

成者系为世界和平、繁荣、进步所作之贡献。

内容简介

本文汇集了作者20年来宇宙学论述之精华，集中讨论了最重要的时空问题。

本文纠正了哈勃定律的错误，指出产生光谱线红移的主要原因是光波在传输过程中能量的自然衰减。

同时指出空间膨胀不是产生红移的原因，在我们所测的红移值中不含空间膨胀之因素。

本文指出光速不变原理违背了运动学的相对性原理，并提出光速不变原理佯谬对光速不变原理进行了否定。

本文对迈克尔逊——莫雷光波干涉实验进行了重新解读，证明该实验不能否定绝对空间，也不支持光速不变原理。

本文提出重做迈克尔逊——雷光波干涉实验，检测在干涉仪双臂移动时干涉条纹是否移动。如有移动，则将否定光速不变原理。

本文指出 在物体的高速运动中，洛伦兹转换取代不了伽利略转换。

本文用谱线红移（光束的衰老）对时间膨胀进行了否定。狭义相对论否认静态空间的存在，认为宇宙膨胀是像面包似的空间膨胀。本文认为静态空间客观存在。所谓宇宙膨胀是指星际物质在静态空间中由爆炸点朝外扩散，而非空间膨胀。

本文提出了星系均衡扩散球面模型，指出了星系观测位置与扩散速度的关系。并以此回答了近期韦伯太空望远镜观测到的遥远星系是否为早期宇宙星系的问题。

目录

3.7.1 谱线红移。

3.7.1.1谱线红移的概念

3.7.1.2产生谱线红移的主要原因是光波能量的自然衰减

3.7.1.3 谱线红移与空间膨胀无关。

3.7.2光速不变原理。

3.7.2.1 光速与观测者速度无关是伪命题。

3.7.2.2光速不变原理佯谬。

3.7.3迈克尔逊——莫雷光波干涉实验。

3.7.3.1迈克尔逊——莫雷光波干涉实验。

3.7.3.2重新解读迈克尔逊——莫雷光波干涉实验。

3.7.3.3重做迈克尔逊——莫雷光波干涉实验，检测干涉仪双臂旋转时，干涉条纹是否移动。

3.7.4伽利略转换与洛伦兹转换。

3.7.4.1 伽利略转换与洛伦兹转换。

3.7.4.2实例否定洛伦兹转换。

3.7.5时间。

3.7.5.1狭义相对论的时间膨胀和牛顿力学的统一时间。

3.7.5.2红移（光子衰老）否定时间膨胀。

3.7.6空间膨胀与星际物质在静态空间的扩散。

3.7.6.1是否承认静态空间的存在是牛顿力学与狭义相对论的根本分歧

3.7.6.2空间膨胀与星系扩散。

3.7.7星系均衡扩散球面模型。

3.7.7.1遥远的星系是早期宇宙的星系吗？

3.7.7.2星系均衡扩散三维球面模型。

3.7.7.3三维球面模型分析。

3.7.7.4星系观测位置与扩散速度的关系。

结语

编后记

作者简介

序言

自引入爱因斯坦的狭义相对论后，宇宙学成了一锅粥——稀里糊涂，一片混乱。现在是到了拨乱反正，把宇宙学好好梳理一下，重建牛顿力学宇宙学的时候了。

狭义相对论认为否定了牛顿力学的绝对空间和统一时间，把宇宙学引入了新境界。其实是把宇宙学引入了歧途。他们把光速不变原理、洛伦兹转换、空间膨胀、时间膨胀、动尺缩短等一大堆垃圾塞进了宇宙学，把宇宙学弄得面目全非，错误百出。

推翻狭义相对论，重建牛顿力学宇宙学势在必行。

笔者在退休前后开始了宇宙学研究。2004年笔者在《湖南中学物理》（由湖南师范大学和湖南物理学会联合主办）上发表了两篇文章：

《红移——宇宙学疑点之一》发表于《湖南中学物理》2004年第2期。

《星系的观测位置与星系的扩散速度》发表于《湖南中学物理》2004年第3期。

2011年7月，我完成了《宇宙学质疑一一评狭义相对论的时空观和哈勃定律》一文，以个人博客的形式在网上发表。

2015年9月该文成书，由香港中国文化社出版。

后来又写了几篇短文，发表在个人博客上。

《一束光线中光子之间的相对速度是多少？》。微信首发时间为2019年10月26日，收入个人博客时间为2020年10月6日。

《确认狭义相对论错误的一种简单方法》。微信首发时间为2021年7月15日，收入个人博客时间为2021年7月27日。

《重新解读迈克尔逊——莫雷光波干涉实验》，微信首发时间为2021年7月20日，收入个人博客时间为2021年9月1日。

《使命终结狭义相对论》，微信首发时间为2021年8月18日，收入个人博客时间为2021年9月22日。

《重做迈克尔逊——莫雷光波干涉实验——检测双臂旋转时干涉条纹是否移动》。微信首发时间为2021年12月17日，收入个人博客时间为2021年12月28日。

《回答互联网上几个宇宙学问题》。微信首发时间为2023年11月8日，收入博客时间为2023年11月19日。

现在想把过去发表的文章综合一下，把最重要的宇宙学问题汇集在一起，集中编辑成册，让读者了解一下牛顿力学的宇宙学和狭义相对论宇宙学的主要分歧，认清狭义相对论的错误。

本文有以下主要内容。

1.谱线红移。

2.光速不变原理。

3.迈克尔逊——莫雷光波干涉实验。

4.伽利略转换与洛伦兹转换。

5.时间。

6.空间膨胀与星系扩散。

7.星系均衡扩散球面模型。

下面将每一节的主要内容简单介绍一下。

1.谱线红移

指出产生谱线红移的主要原因是光波（光子）能量的自然衰减。

指出谱线红移与空间膨胀无关。

此外，谱线红移否认了狭义相对论时间膨胀之说，这一部分将放到后面时间一节讲述。

2.光速不变原理

指出光速与观测者速度无关是一个伪命题。它违背了运动学的相对性原理：任何物体的运动速度都与观测者的速度有关。

本节提出光速不变原理佯谬：指出按照光速不变原理，在一束光线中，各部分之间、光子之间相对速度将是光速c，这是荒谬的。

3.迈克尔逊——莫雷光波干涉实验

本节介绍了迈克尔逊——莫雷的光波干涉实验，指出了狭义相对论学者解读迈克尔逊——莫雷光波干涉实验的错误。迈克尔逊——莫雷光波干涉实验不能否定静态空间，也不支持光速不变原理。

本节提出重做迈克尔逊——莫雷光波干涉实验，检测在干涉仪双臂旋转时，干涉条纹是否移动。以此验证或否定光速不变原理。

4.伽利略转换与洛伦兹转换。

本节介绍了伽利略转换与洛伦兹转换。并以实例否定了洛伦兹转换。

5.时间

本节介绍了牛顿力学的统一时间及狭义相对论的时间膨胀。

本节用谱线红移否定了狭义相对论的时间膨胀，否认了光束能在一瞬间传到远方之说’

6.空间膨胀与星际物质在静态空间中的扩散。

是否承认静态空间的存在是牛顿力学同狭义相对论的根本分歧。

牛顿力学承认静态空间的存在，把宇宙中的物质与空间分开。认为所谓的宇宙膨胀是星际物质在静态空间中由中心朝外扩散。

狭义相对论否认静态空间的存在，认为宇宙是由一个很小的奇点开始像气球或者说像发面包似的整个空间迅速膨胀。

两种宇宙学有本质之区别，显然空间膨胀之说是错误的。在谱线红移中我们已经指出：空间膨胀不是产生谱线红移的原因，在目前所测的红移值中并不包含空间膨胀的因素。这也就否定了空间膨胀。

7.星系均衡扩散球面模型

近期，韦伯太空望远镜观测到红移值达13.2，距地球约135亿光年的遥远星系，天文学家认为这是大爆炸3亿年后的早期宇宙星系。但发现该星系过于“成熟”，无法解释。

本节指出，专家们计算星系年龄的公式：星系年龄（3亿年）＝大爆炸时间（138亿年）－光传播时间（135亿年），是错误的。

大爆炸后，星际物质高速远离爆炸点，朝外扩散。韦伯望远镜观测到的不是留在爆炸点的星系，而是飞出去很久了的星系。

20年前我提出的星系均衡扩散球面模型可以很好地解释韦伯望远镜的观测结果。

以上是全文主要内容。

我过去的文章有些是单篇发表的，整体性不强。经过梳理，归纳为这七个问题，系统性就好了。读者可以看到，狭义相对论与牛顿力学时空观之争主要也就是这七个问题。狭义相对论有哪些错误，为什么错了，牛顿力学是怎样纠正的，本文基本上都讲到了。

本文是我20年来研究宇宙学的总结和概括。

结尾还是那句话：这是机遇，是责任，也是光荣。

一百多年了，人类已经进入互联网、人工智能等电子技术高度发展的时代。可是最基本的时空概念，却依旧模糊不清。爱因斯坦的狭义相对论像一座大山，挡在了前进的路上。专业人士无力搬动，这个机会留给了非物理、非天文专业的普通学者。

当你看到每年还有成千上万的青年学生在大学的课堂里学习着错误的东西时，当你看到整个世界还被错误的时空观统治时，你能无动于衷吗？民科参与这场论战，并非所谓的好奇心，我强调的更是责任心。

这场论战的重要意义不容置疑。在诺贝尔物理学奖中，天文学获奖数量是较多的。但天文学中的问题依然很多。我所讨论的这七个问题大都是诺贝尔奖级的。仅全面改写宇宙学这么一个标题，就足以让全世界物理界感到震撼！而且，最重要的是：我并非空喊口号，而是在最重要的宇宙学问题上，对狭义相对论已经逐一进行了批驳，提出了新的观点。在创建新的牛顿力学宇宙学方面，我已经抢占了足够多的制高点。

我提出产生红移的主要原因为光波能量自然衰减（衰老），并明确指出空间膨胀非红移之原因，同时用红移否定时间膨胀，为我首创。

提出光速不变原理佯谬，指出如按照光速不变原理推论，在一束光线中各部分之间、光子之间相对速度为光速，十分荒谬。这也是首创。

对迈克尔逊——莫雷光波干涉实验重新解读，纠正狭义相对论学者解释该实验的错误，证明该实验不能否定静态空间，也不支持光速不变原理。为首创。

提出星系在静态空间的扩散，否定空间像发面包似的膨胀，也为首创。

提出星系均衡扩散三维球面模型，否定专家们计算星系年龄的方法，开创了宇宙学研究的动态运动模式，也为首创。

估计也只有我敢于提出全盘否定狭义相对论时空观，全面重建牛顿力学宇宙学。

不想当将军的士兵，不一定是好士兵。对一个学者来说，能得到诺奖或者其它的奖项，那当然是无上的荣耀。但是，做事在（自）己，评奖在（他）人。完成好自己的研究，献成果予国予民予全世界，才是最重要的。俄罗斯化学家门捷列夫虽未能得到诺奖，却也无损他的伟大。

比较国外的奖，我更想得的是国内的科技成果奖。因为这是党和国家对中国自己的学者的肯定。

其实，对一位学者最好的肯定，并不是在各种奖台上，而是在大中学的教室里。当你的理论被编入教材，被广大青少年学生认真学习的时候，你会得到最大的满足。年青人需要学习你的理论：静态空间，统一时间……这就是最大的成功。

同专利申请时有职务专利申请和非职务专利申请相似，我的研究，并非职务研究，而属非职务研究。

在学校中，我并非物理课系列的教师，物理学是我的业余研究。我的研究大都是在退休后进行的，并非在职期。

以业余形式取得如此重大的科研成果，足以为“民科”正名。专家们过于迷信爱因斯坦，不相信狭义相对论有错误。一般的“民科”专业知识不够，难以撼动狭义相对论。我有25年工程力学的教学经历，扎实的力学基础知识让我很容易发现狭义相对论的问题。我太自信了，相信完全能够以一己之力在理论上完成改写宇宙学的工作。

1950年，进小学一年级，我成了在新中国长大的第一代大学生。又红又专，德智体全面发展的教育方针培养了我。我敬佩杨振宁、钱学森、袁隆平等父兄一辈的科学家，希望能同他们一样成为最优秀的科学家，成为真正的中国知识分子代表。

1959年初中升高中考试时，作文题为：我的理想。那时我毫不犹豫地写下了：我要当天文学家，为揭开宇宙的奥秘贡献出自己的力量。

退休后，我终于开始了自己理想中的工作，并取得了今天这样的成绩，我已经很满足了——种种荣誉感，自在心中。

我想，我的文章奉献给读者的不仅仅有黄金物（古人云：书中自有黄金屋……），还有一颗红彤彤的赤子之心。

改写宇宙学，这么大一个课题，绝非轻易能完成的，所付之心血尽在不言中，相信读者能从本文激烈的辩论中感受得到。

3.7.1.谱线红移

每一种元素都有一定的光谱，在天文观测中，发现远处星系发射过来的光束谱线普遍向红外端移动，即波长增加了，称谱线红移。

物理界对谱线红移的解释主要有三种：

一、开普勒效应：

认为产生红移的原因是星系间的退行速度引起的开普勒效应，称速度红移。

二、空间膨胀

认为产生红移的原因是空间尺寸的扩大。

三、光波（光子）能量的自然衰减：

认为产生红移的原因是光波（光子）能量的自然衰减，称衰减红移。

下面我们分别研究。

3.7.1.1谱线红移的概念

设实验室内测定的某条光谱线波长为\(\lambda_{e}\)，观察者在地球测到某光源天体同一条谱线波长为\(\lambda\)，并设光源天体发射时该谱线波长为\(\lambda_{0}\)，一般认为\(\lambda_{0} = \lambda_{e}\)。

光源天体光谱线波长的改变量为\(\Delta\lambda\)，

有\(\Delta\lambda = \lambda –
\lambda_{e}\,\)，或 \(\Delta\lambda =
\lambda – \lambda_{0}\).

波长改变量\(\Delta\lambda\)和波长\(\lambda_{e}\)的商称为光谱线移动量，以\(Z\)表示

\[Z = \Delta\lambda/\lambda_{e} = (\lambda
– \lambda_{e})/\lambda_{e}\]

或\(Z = (\lambda –
\lambda_{0})/\lambda_{0}\)

\(\Delta\lambda\)增加，谱线向红光端移动称为红移；\(\Delta\lambda\)减小，谱线向紫光端移动，称为紫移。在天文观测中，天体的光谱线多为红移。

根据多普勒原理，红移说明光源天体远离我们地球，红移量\(Z\)等于光源天体和观测者的视线速度\(v_{r}\)和光速\(c\)的商。

\(Z = v_{r}/c\) 或 \(\nu_{r} = Z \cdot c\)

\(v_{r}\)又称退行速度。

1929年美国天文学家哈勃确定河外星系的谱线红移值\(Z\)和它们到地球的距离\(r\)成正比，由此又确定视线速度\(\nu_{r}\)和\(r\)成正比。

\(H = V_{r}/r\)或\(V_{r} = H \cdot r\)

这就是著名的哈勃定律。其中\(H\)表示视线速度\(V_{r}\)和距离\(r\)的商，确定为一个常数，称哈勃常数。

该定律认为谱线红移即为距离红移\(Z_{r}\)（与距离\(r\)成正比的红移），也就是视线速度红移\(Z_{v}\)（与视线速度\(V_{r}\)成正比的红移）。并且，根据这种认识推断，视线速度\(V_{r}\)和距离r成正比。

3.7.1.2产生红移的主要原因是光子能量的衰减

星体谱线的大红移值否定公式\(Z =
v_{r}/c\)。

随着天文观测的发展，天文学家发现了一些谱线红移值特别大的星体，其中一些星体谱线红移值\(Z\)超过了4（2004年前的数据）。按照公式\(Z =
v_{r}/c\)这些星体和银河系的视线速度应该是光速的4倍以上。根据相对运动原理，视线速度超过了光速，我们将不可能见到该星体发出的光。

星体谱线的大红移值，否定了公式\(Z =
v_{r}/c\)。红移值不等于视线速度\(v_{r}\)和光速\(c\)的商。

因此，我们提出，产生谱线红移的主要原因是光子（光波）能量的自然衰减。

根据量子理论，光子的能量\(E＝h \cdot
f\)，其中\(f\)是光的频率，\(h\)为普朗克常量。设光源天体发射时光子能量为\(E_{0}\)，频率为\(f_{0}\)，波长为\(\lambda_{0}\)。地球观测者，测到的光子能量为\(E\)，频率为\(f\)，波长为\(\lambda\)。红移值

\[\begin{matrix}
Z & = (\lambda – \lambda_{0})/\lambda_{0} \\
& = (f_{0} – f)/f \\
& = (E_{0} – E)/E
\end{matrix}\]

波长的变化表示光子能量的变化，红移表示光子能量的衰减。

光波在长距离（长时间）的传播过程，即光子在长距离（长时间）的运动过程中能量的自然衰减是产生谱线红移的主要原因，产生谱线红移的主要原因不是多普勒效应。

红移是一个综合量，有速度红移和衰减红移，速度红移与退行速度有关。衰减红移代表光束在长距离（长时间）的传输过程中能量的自然衰减。

光束能量的衰减（衰老）否定了光速运动时，时间为0的说法，否定了时间膨胀之说，这将在后面时间一节中阐述。

3.7.1.3空间膨胀与我们所测的红移无关。

3.7.1.3.1有人提出空间膨胀的理论解释谱线红移，用空间尺度的扩大解释红移。该理论认为所谓红移指的是观测到的天体光源波长\(\lambda\)和发射时的波长\(\lambda_{0}\)相比较。在空间膨胀的情况下，发射时刻\(t_{0}\)的空间尺度\(R_{t_{0}}\)与现在观测时刻\(t\)的空间尺度\(R_{t}\)是不同的，波长也会随着空间尺度的变化（放大）而变化（放大）。相应有：

\[\lambda/\lambda_{0} =
R_{t}/R_{t_{0}}\]

红移可以表示为：

\[Z = (\lambda – \lambda_{0})/\lambda_{0}
= (R_{t} – R_{t_{0}})/R_{t_{0}}\]

红移的实质就是波长随着空间尺度的膨胀而自然增长。观测得越远，所代表的宇宙年龄越早，红移也越大。

3.7.1.3.2初看起来这种理论颇有道理，似乎完美地解释了红移现象。但是，仔细分析，这种空间膨胀理论不仅不能解释红移现象，反倒让人怀疑空间膨胀理论的正确性。

如前面所言，我们谈到了一种谱线的三种波长：即实验室光源某条谱线的波长为\(\lambda_{e}\)，星体光源发射时该种谱线的波长\(\lambda_{0}\)和地球观测到的星体光源谱线的波长\(\lambda\)，并且我们定义红移为：

\[Z = (\lambda –
\lambda_{e})/\lambda_{e}\]

即：红移值为地球观测到的星体光源谱线波长\(\lambda\)和实验室光源同种谱线波长\(\lambda_{e}\)的差，同实验室光源波长\(\lambda_{e}\)的商。

3.7.1.3.3.该理论错误之处是在认为有空间尺寸扩大的情况下，公式中仍用\(\lambda_{0}\)代替\(\lambda_{e}\)，即认为星体光源发射时谱线的波长\(\lambda_{0}\)即实验室光源谱线波长\(\lambda_{e}\)。

如果不存在宇宙膨胀的影响，即过去的空间尺度\(R_{t_{0}}\)和现在的空间尺度\(R_{t}\)相同，这时\(\lambda_{e}＝\lambda_{0}\)，这种替换是可以的。

有\(Z = (\lambda – \lambda_{e})/\lambda_{e}
= (\lambda – \lambda_{0})/\lambda_{0}\)

如果存在宇宙膨胀的影响，过去的空间尺度\(R_{t_{0}}\)不等于现在的空间尺度。星体光源在过去空间尺度\(R_{t_{0}}\)下的波长\(\lambda_{0}\)与现在空间尺度\(R_{t}\)下实验室光源谱线波长\(\lambda_{e}\)并不相等，即\(\lambda_{0} \neq \lambda_{e}\)，因此

\[Z = (\lambda – \lambda_{e})/\lambda_{e}
\neq (\lambda – \lambda_{0})/\lambda_{0}\]

我们定义红移时，使用的波长\(\lambda\)和\(\lambda_{e}\)都是现在空间尺度\(R_{t}\)下谱线的波长，而不是用过去空间尺度\(R_{t_{0}}\)下的波长\(\lambda_{0}\)，我们所定义的红移并不考虑空间尺度的变化。

3.7.1.3.4如果考虑空间尺度的扩大，有\(\lambda_{0}＜\lambda_{e}\)

则：（\(\lambda – \lambda_{0}）/\lambda_{0}
> (\lambda – \lambda_{e})/\lambda_{e}\)

这表示考虑空间膨胀值影响的红移值（\(\lambda
– \lambda_{0}）/\lambda_{0}\)将大于我们所定义的红移值\(Z＝(\lambda –
\lambda_{e})/\lambda_{e}\)。或者说在我们所定义的红移值中不包含空间膨胀，而是另有其他的影响因素。

3.7.1.3.5如果只存在空间膨胀的影响因素，而无其他影响因素，天体光源在过去空间尺度\(R_{t_{0}}\)下发射出的波长为\(\lambda_{0}\)的光谱线，随着宇宙的膨胀，空间尺度的扩大，波长自然增加到了\(\lambda\)，这时的波长\(\lambda\)应与同为现在空间尺度下实验室光源谱线波长\(\lambda_{e}\)相等，有\(\lambda = \lambda_{e}\)

\[Z = (\lambda – \lambda_{e})/\lambda_{e}
= 0\]

此时红移值为零。

3.7.1.3.6.我们再阐述一下：

A情况：不考虑空间尺寸的扩大，有：

\[\lambda_{0} = \lambda_{e} <
\lambda\]

我们认为星系发出来的光波长即现在实验室所测之光波长

\[Z = (\lambda – \lambda_{e}/\lambda_{e} =
(\lambda – \lambda_{0})/\lambda_{0}\]

B情况：如果只考虑空间尺寸扩大的影响，有

\[\lambda_{0} < \lambda_{e} =
\lambda\]

其中\(\lambda_{e}\)和\(\lambda\)为同一空间尺寸下光谱波长，应相等。

\[Z = (\lambda – \lambda_{e})/\lambda_{e}
= 0\]

B说明、空间尺寸的扩大，为\(\lambda_{e}\)和\(\lambda\)同时扩大，保持相等，空间尺寸的扩大不影响红移值。

A说明，所测\(\lambda >
\lambda_{e}\)，是因为有非空间尺寸扩大的其他原因。

再次说明空间膨胀，即空间尺度的扩大不是产生红移的原因，用空间膨胀的理论，不能解释我们所说的红移现象。

3.7.2.光速不变原理

狭义相对论的基础是光速不变原理，如果光速不变原理能够确认，则狭义相对论是对的。反之，如果光速不变原理错了，狭义相对论将被否定。

3.7.2.1光速不变原理。

光速不变原理认为：

光在所有惯性系中的传播速度都等于恒量c，它与光源，也与观测者的速度无关。

其中与观测者的速度无关是一个明显的伪命题，它违背了运动学的相对性原理。任何物体的运动速度都与观测者的速度有关，光也不例外。

两束迎面相射的光相对速度是多少？两束光之间每秒缩短的距离是60万公里，它们之间的相对速度是2倍光速，即2c，不是c。两束同向平行运行的光相对速度是多少？两束光之间没有相对位移，它们之间的相对速度是0，也不是c。

从上述两个简单直观的例子我们就可以看出，光速与观测者速度无关是错误的，光速不变原理是错误的。

3.7.2.2光速不变原理佯谬。

下面我们提出一个问题：在一束光线中各部分之间、光子之间的相对速度是多少？

牛顿力学认为光束内各部分之间、光子之间没有相对位移，它们之间的相对速度为0。

狭义相对论呢？当我们把一束光分为两个部分（两小束光）时，它们成了上面所述的两束同向平行运行的光。按照光速不变原理，它们之间的相对速度为光速c。这就是说按照光速不变原理分析，一束光线中，两部分之间的相对速度是c，而不是0。同样推理，光速不变原理认为一束光线中光子之间的相对速度也是c，不是0。

显然，这很荒谬，在一束光线中，各部分之间，光子之间的相对速度是光速。

这种荒谬，我们可以把它称为光速不变原理佯谬，或称光速不变原理悖论，它是光速不变原理的死穴。

3.7.3.重新解读迈克尔逊——莫雷光波干涉实验

迈克尔逊——莫雷光波干涉实验是狭义相对论的基础实验。在狭义相对论的理论中具有极其重要的意义。在本文中，我先介绍狭义相对论对迈克尔逊-莫雷实验的阐述，再指出其中的错误。

3.7.3.1实验介绍

本文引用的该实验的叙述取自赵近芳老师主编的《大学物理》（北京邮电大学出版社2002年8月第一版，2002年11月第二次印刷）。实验装置是迈克尔逊光波干涉仪。图3-1是其原理示意图。干涉仪有两条相互垂直的，作为光的通道的臂RM₁和RM₂。两臂的长度可以调节，实验时取长度相等，为\(l\)。

如图3-2所示，光源K发出的光经分光镜R分为两束光：一束保持原方向，经过臂RM₁传至反射镜M₁，再折回R，并偏转90°反射到目镜0；另一束光经分光镜R折射90°沿臂RM₂传至反射镜M₂，再返回R，穿过R后，也射入目镜0。从目镜中可以观察到重新汇集的两束光在显示屏上产生的干涉条纹。

实验原理说明如下：

设地球（s’系）相对于太阳（s系）速度为u。实验时，先将干涉仪的一臂（如RM₁）与地球运动方向（u速方向）平行。另一臂（如RM₂）与地球运动方向（u速方向）垂直。根据伽利略速度变换法则，在与地球固连的实验室坐标系中，光沿各方向传播的速度大小不相等。其中RM₁方向为（c-u）和（c+u）：RM₂、方向为\(\sqrt{c^{2} – u^{2}}和 – \sqrt{c^{2} –
u^{2}}\)。当长度（\(l\)）相等时，光通过两臂的时间不相同，有一个时间差称光程差，可以看到干涉条纹。如果将整个装置缓慢转过90°，应该发现干涉条纹移动的数目，可以推算出地球相对以太（静态空间）参考系的绝对速度u。下面计算光线通过两臂往返的时间。

光沿RM₁臂往返的时间为：

\[t_{1} = \frac{l}{c – u} + \frac{l}{c +
u} = \frac{2lc}{c^{2} – u^{2}}\]

光沿RM₂臂往返的时间为：

\[t_{2} = \frac{2l}{\sqrt{c^{2} –
u^{2}}}\]

时间差为：

\[\Delta t = t_{1} – t_{2} =
\frac{2l}{c}\left\lbrack \frac{1}{1 – (\frac{u}{c})^{2}} –
\frac{1}{\sqrt{1 – (\frac{u}{c})^{2}}} \right\rbrack\]

两臂转过90°后，时间差为：

\[\Delta t’ = t_{1}’ – t_{2}’
= \frac{2l}{c}\left\lbrack \frac{1}{\sqrt{1 – (\frac{u}{c})^{2}}} –
\frac{1}{1 – (\frac{u}{c})^{2}} \right\rbrack\]

于是得到干涉仪转动前后，光通过两臂时间差的改变量为：

\[\begin{matrix}
\delta t & = \Delta t – \Delta t’ \\
& = \frac{2l}{c}\left\lbrack \frac{1}{1 – (\frac{u}{c})^{2}} –
\frac{1}{\sqrt{1 – (\frac{u}{c})^{2}}} \right\rbrack –
\frac{2l}{c}\left\lbrack \frac{1}{\sqrt{1 – (\frac{u}{c})^{2}}} –
\frac{1}{1 – (\frac{u}{c})^{2}} \right\rbrack \\
& = \frac{4l}{c}\left\lbrack \frac{1}{1 – (\frac{u}{c})^{2}} –
\frac{1}{\sqrt{1 – (\frac{u}{c})^{2}}} \right\rbrack \\
& = 2\Delta t
\end{matrix}\]

上式说明干涉仪旋转
90°后，光通过两臂的时间差有一个改变量，它等于初始位置光通过两臂时间差的2倍。

由于终止位置光通过两臂的时间差和初始位置光通过两臂的时间差不相同，显示屏上的干涉条纹应该有变化（移动）。

但是，实验结果并未测量到终、始两位置干涉条纹的移动。因此，实验否定了图3-1中对两臂光速的分析，否定了静态空间的存在，否定了光波在静态空间的绝对运动，确立了光速不变原理。

迈克尔逊——莫雷实验的这个结论对狭义相对论具有极其重要的意义。

3.7.3.2重新解读迈克尔逊——莫雷光波干涉实验

上述的分析有问题吗？

一百多年来，没有人怀疑上述分析，人们未发现上述分析有一个明显的破绽。式5中，\(\delta_{t} = 2\Delta_{t}\)是错误的！

在干涉仪旋转90°的过程中，初始位置光通过两臂的时间差为最大值。当两臂旋转到与u速方向成45°夹角时，两臂相对于u速方向对称，光通过两臂的时间相等，时间差为0。继续旋转，光通过两臂的时间差又逐渐加大，到干涉仪旋转90°时，光通过两臂的时间差又同初始位置一样，达到最大值。

在初始位置（图3-1）臂RM₁为u速方向，臂RM₂与u速垂直，这时是一束u速方向的光和一束与u速垂直的光发生干涉。

旋转90°后，到图3-2位置，臂RM₂为u速方向，臂RM₁与u速垂直，两臂交换了位置，但仍然是一束u速方向的光和一束与u速垂直的光发生干涉。

旋转前后都是一束u速方向的光和－束与u速垂直的光发生干涉，初始位置和终止位置光通过两臂的时间差是相等的。因此，终、始两个位置显示屏上的干涉条纹图形是相同的，干涉条纹不会变化（移动），这与实验结果相符。

迈克尔逊——莫雷实验的实验装置、实验原理、实验过程和实验结果都是科学的、正确的，但是分析错了。干涉仪转动90°.终、始两位置光通过两臂的时间差相等，时间差的改变量为0。狭义相对论学者认为终、始两位置光通过两臂时间差的改变量是初始位置光通过两臂时间差的2倍，是错误的。

如果认识到这个错误，承认我们的分析是正确的，就将把过去的结论完全颠倒过来：迈克尔逊一一莫雷实验不能否定图3-1中对两臂光速的分析，不能否定静态空间的存在，不能否定光波的绝对运动，也不能证明光速不变原理。这个结果对狭义相对论的打击是致命的。

3.7.3.3重做迈克尔逊——莫雷光波干涉实验

——检测双臂旋转时干涉条纹是否移动

在大学的物理教材中关于迈克尔逊——莫雷光波干涉实验，都只谈到在干涉仪双臂旋转90度时，终止位置光通过两臂的时间差和初始位置光通过两臂的时间差的变化情况，而未谈到在双臂旋转的时候（旋转的过程中），干涉条纹是否有变化（移动）。这是一个重大的疏忽，这个疏忽，不知是过去的研究者有意的，还是无意的。

干涉仪双臂旋转时，干涉条纹是否变化（移动），是一个重要的问题。在我的书《宇宙学质疑——评狭义相对论的时空观和哈勃定律》（2015年出版）中早就指出：在双臂旋转时，干涉条纹不应有任何移动、如果有移动则将否定光速不变原理。因为，这表明光速随方向的改变而变化，不同的方向，光速不一样。

因此、我们可以重做迈克尔逊——莫雷光波干涉实验，观测在双臂旋转时，干涉条纹是否移动。如不移动，则可确认光速不变原理；如有移动，则将否定光速不变原理。

3.7.4.洛伦兹速度转换和伽利略转换

3.7.4.1洛伦兹速度转换和伽利略转换

设\(s’\)坐标系相对\(s\)坐标系作匀速直线运动，速度为\(u\)。动点\(p\)沿\(u\)速方向作直线运动，在\(s’\)系中速度为\(v’\)，在\(s\)系中速度为v，如图4-1所示。

按照洛伦兹速度转换关系，有

\[v’ = \frac{v – u}{1 –
\frac{uv}{c}}\]

\[v = \frac{v’ + u}{1 +
\frac{uv’}{c^{2}}}\]

按照伽利略速度转换关系，为

\[\nu’ = \nu – u\]

\[v = v’ + u\]

3.7.4.2实例 否定洛伦兹转换

在众多的高校物理学教材中都有下述一个例题。

设两飞船A和B分别以速度0.90c、-0.90c沿相反的方向相对地面水平飞行，求它们之间的相对速度，见图4-2。

按洛伦兹速度转换公式计算。

设地面为\(S\)系，飞船B为\(S’\)系，飞船A为运动体，其飞行方向为ox轴正向。

\[\begin{matrix}
& \nu_{A}’ = \frac{\nu_{A} – u}{1 – \frac{{uv}_{A}}{c^{2}}} \\
& = \frac{0.90c – ( – 0.90c)}{1 – 0.90c \cdot 0.90c} \\
& = \frac{1.80c}{1.81} \\
& = 0.994\ c
\end{matrix}\]

答案是两艘飞船之间的相对速度为0.944c。

按伽利略矢量合成法则计算为：

\[V_{AB} = V_{AX} – V_{BX} = 0.90c – ( –
0.90c) = 1.80c\]

这就出现了两个相对速度：飞船A和B彼此观测时，相对速度为0.994c；在地面观测时，它们之间的相对速度为1.80c。

但是，两艘飞船之间真的会有两种相对速度吗？从地面观测也就是从整个物质体系的统一坐标系看，两艘飞船在1秒钟的时间内拉开的距离为54万公里，它们之间的相对速度为1.80c，这是确定无疑的。让人怀疑的是：两艘飞船相互观测时的相对速度真的为0.994c吗？从而也让人们怀疑洛伦兹速度转换的正确性。

3.7.5.时间

3.7.5.1物质体系的统一时间和狭义相对论的时间膨胀

牛顿力学认为：宇宙中的所有物质具有统一时间。如果宇宙大爆炸理论是正确的，那么从大爆炸一刻诞生整个物质体系起，到宇宙中的物质体系演变到目前的形态，整个物质体系中的所有物质经历的是同一时间。该时间若是138亿年、那么宇宙中的所有物质都是138亿年，不会因任何原因（包括运动速度）而有所差异。不能说有些物质经历了130亿年，或有些物质经历了150亿年。

狭义相对论者认为：时间像河流，有些地方流得快一些，有些地方则流得慢一些。他们甚至提出时间隧道和“虫洞”等概念，幻想能超越时空，回到从前或进到未来。但这些终归只是无法实现的幻想，甚至可以说是对青年的误导。

在洛伦兹转换中，一个过程，发生在不同惯性系的同一地点，则相对静止的惯性系测量到过程的时间间隔数值最小，即过程的时间间隔最短，称为该过程的固有时间，记作\(\tau_{0}\)。其他所有相对该惯性系运动的惯性系测量该过程的时间间隔数值都大于固有时间，记作\(\tau\)。则有

\[\tau = \tau_{0}/\sqrt{1 –
(\frac{u}{c})^{2}}\]

其中：c为光速，u为两个惯性系之间的相对速度。

该式称为狭义相对论的运动时钟变慢或称时间膨胀。

3.7.5.2谱线红移否定光束的时间膨胀

狭义相对论认为：物体的运动速度较快时，时钟将会变慢。当达到光速时，时间会停止。这种现象称为动钟变缓，或时间膨胀。他们认为不管距离多远，从遥远的星系发过来的光都是“一瞬间”（时间为零）传到地球上来的。

这是十分荒谬的。一束光在路上走了一亿年，他们说是一瞬间。走了十亿年，也是一瞬间。如果再追问下去，他们会说，我们在地球上观测时，光是走了一亿年。但是，如果是置身在这束光线上，你会感觉时间是静止的，是在一瞬间到达地球的。他们认为光束上的时间同地球时间不一样。牛顿力学认为时间标准是统一的。人们在地球上观测到一束光线传播时间同光束自身运行的时间是统一的。我们观测到一束光在空间运行了一亿年，那这束光本身经历的时间也是一亿年，而不是“一瞬间”。

产生谱线红移的主要原因是光子（光波）在传输过程中能量的自然衰减。这种能量的衰减，也就是光子的衰老。这种衰老随光束传输的距离（传输时间）增加而增加。

这种衰老可以由它的红移值检测出来。一亿年前的光有其一亿年光对应的红移值。十亿年前的光有其十亿年光对应的红移值。

红移显示，我们在地球上观测到的光，已经不是当初发出的原始光，而是一束衰老了的光。这种衰老表明光束并非“一瞬间”到达地球的。一束光在路上跑了一亿年，它自身的衰老时间（由红移显示）也是一亿年，二者是一致的。

谱线红移（光束衰老）证明了光束自身经历的时间，同外部观测到的运行时间是统一的。我们观测到一束一亿年前的光，它的运行时间是一亿年，它自身衰老的时间也是一亿年。一束十亿年前的光，它的运行时间是十亿年，它自身衰老的时间也是十亿年。

时间的标准是统一的，不会因物体的运动速度而改变。光束如此，其他的运动体也如此。

3.7.6.空间膨胀与星际物质在静态空间中的扩散

3.7.6.1是否承认静态空间的存在是牛顿力学的狭义相对论的根本分歧

爱因斯坦模糊了宇宙的概念，把空间和物质混为一谈。他认为不存在空虚空间这种东西，即不存在没有场的空间。空间——时间本身没有要求存在的权利，它只是场的一种结构性质。

牛顿力学则将空间和物质区分开来。认为绝对的、静态的空间客观存在，（谁也否定不了）。引力场和电磁场只是物质的延伸，它们占据了一定的空间位置，但它们不是空间。

3.7.6.2空间膨胀与星系扩散

在红移发现后，物理界提出了空间膨胀的概念。专家们认为整个空间像气泡一样，或者说像发面包一样膨胀。甚至认为这种膨胀速度超过了光速。

不同于物理界所谓的空间膨胀理论，牛顿力学认为：空间是静态的，不会变化，当然也就不会膨胀。宇宙膨胀只是空间的所有物质在静态空间中由爆炸点朝外扩散。这种扩散速度也不会超过光速。空间膨胀和星体扩散，是两种截然不同的概念，显然空间膨胀的概念是错误的。

银河系内有众多的星系，它们一起朝同一个方向飞奔，但它们内部相互之间的位置却比较稳定。如果是空间膨胀，它内部尺寸应该扩大，整个星系应该均衡地朝四周扩散，而不是整个星系朝一个方向运动。

整个宇宙空间不会膨胀，银河系所在的空间也没有膨胀，是整个银河系在静态空间中高速飞奔。

在谱线红移一节中我们已经指出：空间膨胀不是产生红移的原因，在我们所讲的红移值中并不包含空间膨胀的因素，这也就否定了空间膨胀。

3.7.7星系均衡扩散球面模型

3.7.7.1遥远的星系是早期宇宙的星系吗？

詹姆斯。韦伯太空望远镜的成功发射，极大地提高人类的视野。该望远镜观测到红移值达13.2的遥远星系，距离地球约135亿光年。但是出乎天文学家的意料，该星系过于“成熟”，不像专家预估的早期星系。

他们认为宇宙大爆炸时间为138亿年，星光传输时间为135亿年，该星系应该是大爆炸后3亿年左右的星系，即早期宇宙的星系。但根据星系形成演化的理论，早期宇宙的星系不可能如此“成熟”。天文学家无法解释这一观测结果。于是有人提出了增加大爆炸时间的方法予以解释。认为宇宙年龄不是138亿年，而是260亿年。这样，韦伯望远镜观测到的星系就不是早期宇宙的星系，而是中期宇宙的星系了。这种解释看似有道理，但依然是错误的。

二者的错误是：专家们计算星系年龄的方法错了。专家们认为：星系年龄（3亿年）=宇宙大爆炸时间（138亿年）一星光传输时间（135亿年）。这是错误的。这是一种静态的计算方法，即认为大爆炸后，星系未动，都留在爆炸点等待观测。他们认为韦伯望远镜观测到的正是这些留在原地未移动的星系。

实际上大爆炸后星体都高速远离了爆炸点。韦伯望远镜观测到的是早已飞离了爆炸点的星系，并非留在爆炸点未动的早期宇宙的星系。

爆炸后，星系朝外扩散，扩散形式很复杂。我们只能提出一个最简单的模型，即星系均衡扩散球面模型。假设以爆炸点为中心，各个方向的星系都以等速成球面形态朝外扩散。这时星系的观测位置与扩散速度有关。

3.7.7.2星系均衡扩散的三维球面模型

假设星系均衡向外扩散，星系分布在一个球面上。设星系的扩散速度为\(V\)，扩散时间为\(T\)（即所谓宇宙年龄）。星系分布的球面半径为\(R\)，\(R = V
\cdot T\)，球面中心为0。

设银河系的位置在A，另一个星系现在在球面的B位置。我们观测到的该星系发射来的光却不是该星系在B处发来的，而是该星系t时间前在B₀处发射来的光。由B₀到A的距离为r，有r=c·t，c为光速。A、B两星系扩散时的距离、速度和时间之间的关系，请参看图7-1。其中A、B两星系间扩散方向（扩散半径）之间的夹角为θ。星系B在B₀位置时的扩散时间为t₀，由B₀再经过t时间到达现在的球面位置B，t₀+t=T。

3.7.7.3三维球面模型分析

参看图7-1，在三角形OAB₀中，根据余弦定理，有

\[B_{0}A^{2} = OB_{0}^{2} + OA^{2} – 2
\times OB_{0} \cdot OA\cos\theta\]

\[(Ct)^{2} = (Vt_{0})^{2} + (VT)^{2} – 2
\times V \times t_{0} \times V \times T\cos\theta\]

把t=T-t₀代入上式

\[C^{2}(T – t_{0})^{2} = (Vt_{0})^{2} +
(VT)^{2} – 2V^{2} \times t_{0} \times T\cos\theta\]

化简：\(t_{0}^{2}(C^{2} – V^{2}) –
2t_{0}T(C^{2} – V^{2}\cos\theta) + T^{2}(C^{2} – V^{2}) = 0\)

解得：\(t_{0} = \frac{(C^{2} –
V^{2}\cos\theta) \pm \sqrt{2C^{2}V^{2}(1 – \cos\theta) –
V^{4}\sin^{2}\theta}}{C^{2} – V^{2}}.T\)

取负数根号\(t_{0} = \frac{(C^{2} –
V^{2}\cos\theta) – \sqrt{2C^{2}V^{2}(1 – \cos\theta) –
V^{4}\sin^{2}\theta}}{C^{2} – V^{2}} \cdot T\)

设\(K = V/C\)即\(V = KC\)，其中\(0
\leq K < 1\)

\[t_{0} = \frac{(1 – K^{2}\cos\theta) –
K\sqrt{2(1 – \cos\theta) – K^{2}\sin^{2}\theta}}{1 –
K^{2}}T\]

上述结果表明，当星系扩散速度V等于某一个值时，时间\(t_{0}\)和角度\(\theta\)之间存在一定的函数关系。

令\(t_{0} = \varphi \cdot T\)

\[\varphi = \frac{(1 – K^{2}\cos\theta) –
K\sqrt{2(1 – \cos\theta) – K^{2}\sin^{2}\theta}}{1 – K^{2}}\]

在下述表7-1中列出了K分别等于0.05，0.1，0.3，0.5，0.8，0.9时各个角度\(\theta\)所对应的\(\varphi\)值。

3.7.7.4星系观测位置与扩散速度的关系

图7-2绘出了K分别等于0.05，0.1.0.3，0.5，0.8，0.9时所对应的星系观测位置曲线。该图绘的是球面过中心的圆剖面图，且只绘了半个圆。把各曲线绕MOA轴（直径）旋转一周，即可获得各星系在空间的观测位置曲面图。该图的一个重要特征是：所有的星系将在银河系的一侧。

在星空实际的观测中，星系是按这样的曲面分布的吗？如果是，星系将是均衡地按球面模型扩散的；如果不是，则星系将不是均衡地按球面模型扩散的。目前的天文观测尚无法确定宇宙中所有的星系是否分布在这样的曲面上，无法证明星系是均衡地按球面模型扩散的。

星系扩散的实际情况肯定复杂得多，不可能是等速均衡扩散的。我们还要根据观测情况，进行各种修正，但是星系均衡扩散模型开启了星系由静态研究到动态研究的转变，为天文研究开启了一扇崭新的窗口。

结语

重述一下上面的分析。

首先我们指出了哈勃定律的错误。产生谱线红移的主要原因，不是因退行速度引起的开普勒效应，而是光子（光波）能量的自然衰减。同时指出在我们所测的红移值中不含空间膨胀的因素，空间膨胀不是产生红移的原因。

其次，我们指出了光速不变原理的错误：光速与观测者速度无关是一个伪命题。

第三，我们纠正了过去解读迈克尔逊——莫雷光波干涉实验的错误，证明迈克尔逊——莫雷光波干涉实验不能否定静态空间，也不支持光速不变原理。

第四，我们指出洛伦兹转换是错误的，伽利略转换在高速运动中同样正确。

第五，我们指出时间膨胀的错误。红移代表光子（光波）的衰老，光的衰老过程与它的传输过程是一致的，说光速运动时间为零是错误的。

第六，我们认为所谓的宇宙膨胀星系相互远离是星际物质在静态空间中由大爆炸点朝外扩散，而不是狭义相对论所说的空间像发面包似的膨胀。

第七，我们提出了星系均衡扩散球面模型、指出星系的观测位置同扩散速度有关，很好地回答了韦伯太空望远镜观测到的遥远星系是否为早期宇宙的星系的问题。

这些是宇宙学中几个主要的问题，还有：宇宙是有限的，还是无限的？宇宙有无中心？同时的相对性等，在我的《宇宙学质疑——评狭义相对论的时空观和哈勃定律》一书中，另有叙述。

在我的评论中没有太多的理论计算，主要是针对狭义相对论的错误进行分析批判。

爱因斯坦的狭义相对论有些内容错得过于明显，一经点破，读者就可以看出问题了。

例如红移，指出其是光子能量的自然衰减后，专家还有反对的吗？

关于光速不变原理，我提出两束同向平行运行的光相对速度是0，不是c，谁能反驳？我再提出一束光线中各部分之间、光子之间的相对速度是多少，是0，还是c？有谁回答是c？

在迈克尔逊——莫雷光波干涉实验中，我指出过去解读时的错误，干涉仪双臂旋转90度，终、始位置都是一束运动方向的光与一束垂直于运动方向的光发生干涉，光通过双臂的时间差是相等的，干涉条纹不会移动。破绽如此明显，相信专家可以接受。

我把宇宙膨胀的问题摆在纸面上，狭义相对论认为是空间像发面包似的膨胀，牛顿力学认为是星际物质在静态空间中由大爆炸点向外扩散，大家说，谁对？

时间问题，狭义相对论提出相对时间，认为时间随运动速度变化，光速运动时时间停止。但是，当我提出红移代表光束衰老后，光速运动时间为0的说法还能站得住吗？

韦伯太空望远镜观测到遥远的星系，但发现该星系过于成熟，不像早期宇宙的星系，专家们无法解释。其实，他们计算星系年龄的公式：星系年龄=大爆炸时间一光的传输时间，错了。这个问题用我20年前提出的星系均衡扩散模型可以轻松解释。

上述问题错得都太明显了，一经点破，相信广大读者都能理解和接受。

狭义相对论本身并没有太多的理论计算，我回答它的也只是更接近真实情况的逻辑推理。二者之间，谁讲的是真理，谁讲的是歪理，可由天下评说。

我很羡慕画家的笔，一幅好的作品竟然可以卖到上亿元，可谓价值连城。科学家呢？科学家的笔没那么值钱。但它或许能指点迷津，甚至开创一个崭新的时代。一个好的理论有时可能是无价可沽的——无价之瑰宝。

当年我把两篇文章：《红移——宇宙学疑点之一》和《星系的观测位置与星系的扩散速度》寄给中国物理杂志，很快就被退稿了。

后来给湖南师范大学学报，他们帮我在《湖南中学物理》杂志上发表了（至今我仍深深地感谢湖南师范大学学报及湖南中学物理相关的编辑）。但又经过20年，依旧无人问津。

直到近期，我的红移是光波（光子）能量自然衰减的理论才为专家所接受。而当韦伯太空望远镜观测到遥远的星系，发现过于成熟，不像早期宇宙星系，专家们难以解释时，我的星系均衡扩散球面模型才凸显其意义。

我在发表这两篇文章时，真的是无人理睬，分文不值。今天这两个理论价值多少？我也讲不清，还是任后人去评估吧。

我基本上完成了我的研究工作。我很想同专家们交流，听取他们的意见。我也希望得到媒体的帮助，把我的研究成果介绍给大众。

我希望能坚持党的“百花齐放，百家争鸣”的方针，允许发表不同的意见。这样，科研工作才会有创新。

我早就说过了，民科不是邪教，爱因斯坦的狭义相对论也不是圣旨，民科对狭义相对论的批判完全是正常的学术研究，没有必要封杀。即使是像我这样最激进的反狭民科，也要凭事实说话，讲道理。而且我只会对狭义相对论的错误进行批判，我依然尊重爱因斯坦，不会对其个人进行人身攻击。

如果教育部门怕引起在读物理专业学生的混乱，我建议，可以办几个试点班，采用讨论的方式学习这一部分内容。先讲狭义相对论的内容，再介绍我的否定意见，然后由学生讨论，看应做何种选择。讨论争议的结果可以不计成绩。我相信这会收到很好的效果，学生对宇宙学、时空观的认识将会达到前所未有的水平。

不论阻力多大，否定狭义相对论，重建牛顿力学时空观是大势所趋。由中国学者推动并完成这一工作，其科学意义和政治意义如同爆炸一颗原子弹，影响巨大。

我希望国家的科研领导机构，我们专家，各种媒体能正确地、科学地评价这场由牛顿力学取代狭义相对论的时空观之争，积极支持并领导这一科研创举，早日完成这一科研创举，还世界一个正确的、科学的时空观。

错误难免，欢迎批评指正。

版权所有，未经授权，不得转载。

谢谢！

2024年5月3日

作者介绍

发表于2024年5月10日。（由周君毅）

作者周君毅系湖南省株洲市湖南工业大学退休教师。籍贯为湖南省新邵县。1944年6月出生。1967年毕业于中南矿冶学院（现为中南大学）地质系探矿工程专业。1968年9月赴辽宁盘锦1313部队农场锻炼。1970年5月赴青海省冶金地质七队工作。历任地盘工、钻探工、分队安全员。1979年5月调回湖南省株洲市湖南冶金工业学校任教，讲授工程力学。该学校后来并入湖南工业大学。作者主编有教育部全国高职高专规划教材《工程力学》。该教材被众多后续编写的工程力学教材引用，影响甚广。作者创建了绘制弯矩图的“简捷法”。该方法用随载荷升降的方法绘制剪力图，用剪力图面积连加的方法求控制截面的弯矩值，均为独创。该方法获得湖南省中专教育研究会力学课研究分会1994年年会二等奖（附照片），株洲冶金工业学校1995年科研成果奖，在材料力学教学中得到迅速推广。作者于2004年退休，退休前的专业技术职称为机械专业副教授。

编后语

把批判狭义相对论办成铁案

一、序言

历史上狭义相对论和牛顿力学之爭，反反复复，几经颠倒。1949年前，一般都是盛赞爱因斯坦的相对论。新中国成立后，陆续出現批判相对论的声音。至1975年，达到高潮，掀起一场批相运动。

改革开放之后，全面反转，报刊再难見批相文章，学校全面恢复相对论的教学。到21世纪，民科对相对论的批判，实属罕见。

然而野火烧不尽，春风吹又生。不甘寂寞之民科重新掀起批相高潮。这其中鱼龙混杂，大多数民科缺乏专业知识训练，难以击中相对论之要害。但也有学者受过力学知识的专业训练，其力学专业的基础知识比专家们毫不逊色，这就对相对论形成了致命的冲击。

中国学者要终结统治世界物理界120年之久的狭义相对论时空覌，全面改写宇宙学。要做到这点，很不容易。因为狭义相对论时空覌，讲了一百多年，根深地固。你凭什么，让世界物理界信服你的理论，接受你的理论？而且还要做到永不翻案一一做成铁案。

谁有这种勇气？谁有这种自信？谁有这种能力？听我慢慢分析。

二、打开宇宙大门的一片金钥匙——光的谱线红移。

从远处星体传过来的光，波长大都增加了，称谱线红移。

让我们好好地认识一下红移。

设星光发出来时，波长为\(\lambda_{0}\)，频率为\(f_{0}\)，光波能量为\(E_{0}\)。

地球上测到该光束时，波长为\(\lambda\)，频率为\(f\)，能量为\(E\)。

地球上实验室测得同种光谱，波长为\(\lambda_{e}\)，频率为\(f_{e}\)，能量为\(E_{e}\)。

我们定义红移值为

\[Z = (\lambda
一\lambda_{e})/\lambda_{e}\]

即认为星系发出时的原始光波长入。即現在实验室同种谱线波长入\(e\)，令入\(e =
\lambda\)。

\[Z = (\lambda –
\lambda_{e})/\lambda_{e}\]

\[= (\lambda –
\lambda_{0})/\lambda_{0}\]

把\(c = \lambda f\)，\(E = hf\)(其中\(h\)为普郎克常量)代入

\[Z = (\lambda –
\lambda_{0})/\lambda_{0}\]

\[= (c/f – c/f_{0})/(c/f_{0})\]

\[= (f_{0} – f)/f\]

\[= (E_{0} – E)/E\]

红移的波长表达式变成能量表达式。意义为红移即光波能量的自然衰减。此为严格的数理计算结果，并非猜测。

红移能量衰减理论否定了哈勃定律红移为退行速度引起的开普勒效应之说，也否定了红移为空间膨胀，空间尺寸扩大之说。同时也否定了光速运动时，时间为0之说。

红移是一片万能的金钥匙，为我们认识宇宙立下不朽的功勋。

红移为自身能量衰减之说，为本人2004年在《湖南中学物理》杂志首次发表，并在后续文章中多次重复。

三，空间是静态的，它不膨胀。

“四方上下为宇，古往今来为宙”，时间空间即为宇宙。

人类对宇宙的认知和研究称为宇宙学。近代以来，人类有两种宇宙学，一种是牛顿力学的宇宙学(时空观)，另一种是狭义相对论的宇宙学。

上个世纪卄、卅年代天文覌测发現远处的星系都在相互远离，称为宇宙膨胀。两种宇宙学的根本分岐就在对宇宙膨胀的认识。

狭义相对论认为宇宙膨胀是空间膨胀，空间像发面包似的膨胀，星系是面包上的葡萄干。

牛顿力学认为空间是静态的、平直的、绝对的。它不会膨胀，也不会弯曲。所谓宇宙膨胀是星际物质在静态空间中朝外扩散。

是空间膨胀，还是星体在静态空间中扩散，这是狭义相对论同牛顿力学的根本分岐，也是狭义相对论最本质的错误。

空间是一个巨大的容器，宇宙万物在其中运动、演变，但空间本身不参与这种运动与演变。即使发生引力透镜現象，也并不能证明时空弯曲。引力透镜現象证明弯曲的是光线，而不是空间——正是平直的空间衬出了光线的弯曲。

前面谈到的红移证明空间是静态的，空间从未发生过膨胀。

我们所测的红移，

\[Z = (\lambda –
\lambda_{e})/\lambda_{e}\]

所用波长\(\lambda\)和\(\lambda_{e}\)同为現在时空下的波长，与空间尺寸的扩大毫无关系。或者说我们用現在时空下的实验室光谱波长\(\lambda_{e}\)，代替星光发出来时的波\(\lambda_{0}\)，\(\lambda_{e} =
\lambda_{0}\)，就是认为空间尺寸没有变化。現在时空下的实验室波长入\(e\)，即为星光原始波长\(\lambda_{0}\)。即使红移值超过10，也不含空间尺寸扩大的因素。

空间是静态的，空间膨胀、时空弯曲均是错误的。

根据第一性原理，狭义相对论空间膨胀的理论错了，则其它方面也是错误的。最基本的概念错了，则一错全错。

狭义相对论要想翻案，就必须证明空间膨胀理论是正确的。而这是不可能的，红移证明空间尺寸从未扩大，空间膨胀从末发生。

所谓宇宙膨胀(星系相互远离)不是空间膨胀，而是星际物质在静态空间中扩散。这是铁定的事实，否定不了。

四，时间是统一的，光速运动，时间不为0。

时间是相对的，还是统一的，这是狭义相对论同牛顿力学的又一重要分岐。

狭义相对论认为时间是相对的，运动速度快的物体，时间会变慢，称为时间膨胀。作光速运动时，时间会停止。他们认为光束从遥远的星系传过来，时间都只一瞬间。

牛顿力学认为时间是统一的。时间的流失对宇宙万物都是均匀的，与物体的运动速度无关。作光速运动，时间并不为0。如果大爆炸发生在138亿年前，那么宇宙中所有的物质经历的都是138亿年，不会有些物质是130亿年，有些物质是150亿年。

前面红移讲了，产生谱线红移的主要原因是光波能量的自然衰减，即光波是会衰老的。光波的衰老证明作光速运动的光束，时间不为0。光束不可能在一瞬间到达遥远的地方。

时间膨胀是狭义相对论的又一错误。狭义相对论要想翻案，必须证明光速运动时，时间为0。而这是不可能的——红移证明，光束在传输过程是会衰老的。

五，在天文覌测中，我们使用的是静态空间，统一时间。

近代以来所有的天文覌测，包括哈勃望远镜、韦伯太空望远镜，都是在静态空间、统一时间下进行的。狭义相对论的空间膨胀、时间膨胀、尺缩現象，在天文覌测中从未应用过。这些概念除开制造混乱之外毫无意义。

未来我们要覌测整个宇宙，标定星系。宇宙空间的星系除开xyZ三个空间坐标之外，还有一个到地球的极坐标\(r =
Ct\)。它代表星系到地球的距离，也代表星系光波传到地球的时间。或者说我们所看到的该星系是t时间之前的星系。如果该星系距地球一亿光年，则该星系为一亿年之前的星系。这就是四维(xyZt)空间的描述:在xyZ空间坐标位置有一颗t时间之前的星系。

在这个四维空间坐标系中，空间是静态的，时间是统一的。爱因斯坦的膨胀空间，相对时间的概念将被永远排除。

这就是说，为了开展今后的星空测量工作，必须清除狭义相对论时空观。

六，光速不变原理的错误。

狭义相对论有两个假设，第一个是说所有惯性系都是平权的，不存在特殊的惯性系。这个假设是为了否定静态空间。前面我们已经讲了静态空间客覌存在，它否定不了。

第二个假设即光速不变假设。狭义相对论认为在所有惯性系中光速不变，恒定为c，即与光源速度无关，也与覌测者速度无关。

其中与覌测者速度无关是个伪命题，它違背了运动学的相对性原理。两束迎面相射的光相对速度是2c，不是c。两束同向平行传输的光，相对速度是0，也不是c。这都是无可爭辩的事实，狭义相对论否定不了。

七，迈克尔逊——莫雷光波干涉实验

狭义相对论学者一直以迈莫实验否定绝对空间的存在，证明光速不变原理。

本来这个实验只要看干涉仪双臂旋转时(过程中)，干涉条纹是否移动，就可以判断光速不变原理是否正确。但他们不这么做。

实验中，他们先把一臂放在地球运动的V速方向，另一臂与V速垂直，称为双臂的初始位置。

这时，光通过双臂的时间不相等，有一光程差。目镜内显示有干涉条纹。

然后将双臂旋转90度，称终止位置。这时双臂又有一个光程差。从初始位置到终止位置，两个光程差迭加，是初始位置光程差的2倍。初始位置和终止位置光程差不相等，干涉应该变化(移动)。而实验结果，干涉条纹并未变化。因而狭义相对论学者认为该实验否定了绝对空间，证明了光速不变原理。

其实，狭义相对论学者在这里犯了一个十分低级的错误。双臂旋转90度，属于双臂交換位置，仍是一臂为V速方向，另一臂垂直V速。初始位置光程差和终止位置光程差相等，干涉条纹本就不应变化，这与实验结果完全相符。

迈莫实验的解读错了，它否定不了绝对空间，也不支持光速不变原理。

不知狭义相对论学者是否承认我们对迈莫实验的解读？他们能够否定我的解读，给迈莫实验翻案吗？

结论

推翻狭义相对论是正确的，是不可能翻案的。

红移证明，空间是静态的。所谓宇宙膨胀(星系相互远离)不是空间膨胀，是星际物质在静态空间中扩散。

红移证明光波会衰老，光波这种衰老，否定了光速运动时时间为0的说法，否定了时间膨胀。

长期的天文覌测都是在静态空间中，统一时间下进行的，不涉及狭义相对论的时空概念。

未来的天文覌测，同样也是在静态空间，统一时间下进行的。狭义相对论时空覌毫无意义。

光速与覌测者速度无关是个伪命题，它違背了运动学的相对性原理。

狭义相对论学者对迈克尔逊——莫雷光波干涉实验的解读是错误的，迈莫实验否定不了绝对空间，也不支持光速不变原理。

一场120年之久的狭义相对论与牛顿力学之爭，被如此终结，从此往后，再无狭义相对论。

高手论剑，点到为止。我希望物理界的大佬能理解我的理论。

科学家的笔，是指点迷津的。希望我的笔，能帶给世界一片光明，还世界一个正确的、科学的宇宙覌、时空覌。

2025年11月9日于湘潭

周君毅