|
摘要：自十八世纪初英国天文学家布拉德雷发现光行差现象以来，人们大多只注意低速状态下的光行差现象导至的被观测天体的微小偏差，而对于接近光速运动时的光行差现象却少有观注，这主要是因为人类目前能够实现的速度远低于光速。笔者通过思想实验，对观察者接近光速运动时产生的光行差现象分析发现，此时光行差导至被观测的天体或一定时空区域的视角发生极大的变化，比如，观察者在地球上看到的太阳视角大约是 0.5°，而当观察者瞬间加速 0.999999c远离太阳运动时，用相对论光行差公式计算发现太阳的视角会扩展到恐怖的 288°，这意味着此时太阳几乎补满了整个天空。而当观察者以 0.999999c趋向太阳运动时，计算太阳视角为 0.00035°.即此时太阳收缩为一个很微小的点。再结合相对论多普勒频移效应进一步分析发现，整个宇宙都以信息态处于一张二维全息膜上，当把这张膜展开时其直观上与标准宇宙模型所描述的宇宙大爆炸过程惊人的相似。
关键字：宇宙 光行差 多普勒 频移 全息膜 展开太阳
引言目前人类能够实现的速度还远低于光速，人类的大部分认知也是建立在它种低速条件下的，甚至许多人认为在接近光速运动时的事物变化与低速条件下事物的变化没有多大区别。然而笔者研究发现，在极高速尤其是接近光速运动时，事物的变化与我们建立在低速条件下的经验认识是完全不同的。当一观察者以接近光速运动时，因为光行差效应的作用，被观测天体的时空位置及天体的视角会发生极大变化，同时因为多普勒频移效应的作用被观察的天体的辐射也会发生频移，如果观察者速度足够接近光速趋向被观察物体运动时，即使被观察的物体是一个生命体，也会因高度蓝移在观察者眼里变成一个具有高能辐射的火球。如果此时把宇宙作为一个被观测物体整个宇宙都会发生畸变。以下将借助思想实验对这一畸变过程加以分析
1思想实验
1）假设宇航员甲能够承受无限大的加速度。
2)一艘宇宙飞船
A能够瞬间加速到无限接近光速且速度能够精确调整。
3）宇航员甲驾驶飞船 A瞬间加速到接近光速向宇宙深处运动。
2思想实验条件下宇航员甲感知到的宇宙变化
2.1光行差收缩光行差膨胀
英国天文学家布雷得雷在对天体进行观测时发现，在同一瞬间，运动中的观测者所观测到的天体的视方向同静止观测者所观测到的天体的真方向有一个位移差，这就是著名的光行差现象。根据相对论速度变换，可以导出光行差与速度光系式为
观察者远离光源运动用公式 (1)观察者趋向光源运动用公式 (2)，式中、分别为光源与运动中的观察者和静止观察者所在平面的夹角，是观察者运动速度。从公式可以看出，光行差的角度大小，至于观察者的运动速度有关，速度越大光行差角度越大。当观察者是在不断加速运动过程中，观察者将看到所有的天体的光行差角度在不断的变化。此时直观上整个宇宙中的天体都运动了起来。
从公式可以看出当观察者趋向光源方向运动时减小，此时直观上观察者看到光源向其运动的奔朴点收缩，本文称这一过程为时空光行差收缩。当观察者远离光源方向运动时增大，此时直观上如果运动前方有大量光源，则观察者会看到这些光源会向更大范围扩展散开，本文称这一过程为时空光行差彭涨。时空的光行差收缩与光行差彭涨可统称为时空光行差涨缩。
为了更直观的了解时空光行差涨缩，可将一些具体的数值代入光行差公式中来看，假设飞船瞬间加速到接近光速向宇宙深处飞行，在飞船运动前方选取两个可被观测的任意天体，飞船运动奔朴点为两天体连线的之间任意一点。假设这两个天体 S1、S2相对于飞船中的观察者的视张角为 0.5°，在 0─c（c为光速）选取几个速度值代入光行差公式，在不同的速度值上观察者看到 S1、S2视角变化如表 1.1。
从表 1.1中可直观看出，当观察者在接瞬间加速到近光速趋向两天体运动时，观察者直观上看到 S1、S2会不断相互靠近，在接近光速时几乎重合在一起。当远离 S1、S2运动时，观察者直观上会看到两天体不断相互分离，在速度为 0.999999c时 S1、S2的视角可被展开到惊人的 288°。因天体 S1、 S2可以设定为观察者运动方向上任意两天体，也可以说是运动方向上时空中的任意两点，所以，直观上瞬间加速到接近光速观察者在加速过程中，看到的是运动前方的包括所有天体在内的所有时空点不断的向奔朴点收缩，而运动反方向包括所有天体在内的所有时空点不断的分离展开。如果飞船在达到某一接近光速速度值时停止加速，则飞船将保持匀速运动，则时空被定格在当下不再变化。
我们知道一观察者在距离太阳 1.5亿 Km处(约为地球到太阳的距离)观测太阳时太阳视角约为 0.5°.观察者可以把太阳看作是所有时空点组成，那么直线距离最大的两个时空点的视角就为 0.5°。如此按照表 1.1可知，当此观察者瞬间加速到接近光速靠近或远离太阳运动时，太阳可以被压缩成一个很小的点。太阳会被压缩成一个很小的点，或被展开几乎铺满整个天空。
因为观察者向前方时空运动时，同时也是远离其后方时空的运动，
所以光行差收缩和光行差彭涨是同时发生的，即当运动中的观察者看到其运动前方时空收缩时，同时会看到其运动反方向的时空发生光行差澎涨。
2.2时空的频移涨缩效应
当观察者趋向或远离辐射源运动时，因为多普勒频移效应的作用，观察者会发现，趋向辐射源运动时来自辐射源的辐射波长会变短，远离辐射源运动时波长变长。
（如图 2）
假设宇宙中存在一个空洞，在空洞中除微波背景辐射外再无其他辐射。如果甲瞬间加速到接近光速向宇宙空洞运动，奔朴点为空洞中心 O，甲将发现来自中心 O点及其周围的微波背景辐射会不断蓝移，且蓝移量随飞船速度增大而增大。当飞船速度无限接近光速时，蓝移量趋近无限大。如此必然存在一个速度值，使甲在此速度值上看到来自点 O方向的微波辐射被蓝移至可见光波段。由速度分解原理知，飞船沿空洞中心点 O方向的的速度最大，而沿偏离中心点 O方向的分速度 (以下称偏向速度 )随偏离角 θ增大而减小，因此来自中心点 O方向的辐射首先被蓝移至可见光波段，而来自偏离中心点 O方向的偏向辐射，将随飞船速度的不断增大而由中心点 O由内向外依次被蓝移至可见光波段。直观上甲首先看到空洞中心 O处出现了一个亮点，且亮点随飞船速度的增加而不断变的更亮更大，从而形成一个不断彭涨的光球，本文称这一过程为时空蓝移彭涨。如果此时飞船停止加速，飞船将保持匀速运动，此时来自空洞中的辐射也不再蓝移，之前由蓝移彭涨形成的光球也被定格在当下。此时甲对 这一光球可以有两种认识，一、空洞中的光球是由微波辐射高度蓝移形成的一种光幻像，二、因为宇宙中任何可见光源都必有其物质基础，所以甲可以认为空洞中的光球就是一个真实的天体，且甲完全可以通过技术手段（如特征光谱的测定）确定光球的天体属性（星系，恒星，星云，等）。如果此时飞船以同样的加速度减速反回到运动前的初始状态，以上蓝够彭涨过程将发生反演。甲将看到来自空洞中的辐射不断发生红移，光球也不断收缩变小直至空洞回复到原初状态。蓝移澎涨和红移收缩统称为时空频移涨缩
现实宇宙中不仅存在着微波背景辐射，同时还有来自宇宙所有方向的可见光背景，及红外背景等辐射，这些辐射可统称为宇宙电磁背景辐射。观察者在近光速运动中会看到，各种濒率的电磁背景辐射都可产生移涨宿效应。
通过对时空光行差涨缩分析过程同样可难知，频移的涨缩也是同时发生的，即当飞船运动前方时空发生蓝移膨胀现象时，飞船运动的反方向时空同时出现红移收缩现象。
3在光行差涨缩和频移涨缩共同作用下的真实时空的相变
从以上对光行差涨缩和频移涨缩分析可知 ,当观察者乘飞船瞬间加速到接近光速在宇宙中运动时 ,甲将看到飞船飞行前方的时空会同时发生光行差收缩和蓝移膨胀效应，而飞船飞行反方向的时空同时发生光行差澎涨和红移收缩效应。
光行差收缩和蓝移膨胀共同作用下，给在真实宇宙中加速运动的甲带来直观感觉是，随着飞船速度不断增大，飞船运行前方的时空中包括可见光天体在内的所有物质都向飞船奔朴点持续收缩，在一定的速度值上，可以把很大视角范围内的时空及时空中收缩到很小的视角区域内 (如在 0.999999c时可将 288°视角的的空中的物质压缩到的0.5°视角区域内 )。如此多的物质压缩到如此小区域内，包括众多天体在内的所有物质会用挤在一起，看上去就象是一个独立天体。与此同时，来自飞行前方时空中的电磁背景辐射 "源"也向奔朴点聚集且不断蓝移。在一定的速度值上一些波长较短的红外背景辐射首先被蓝移至可见光波段。在足够接近光速时微波背景辐射也被蓝移至可见光波段，这些被蓝移 "点亮 ”的红外背景辐射和微波背景辐射会按"蓝移彭涨"原理不断圹展下去，这一缩（光行差收缩）一涨（蓝移膨胀 )，直观上就象飞船前方时空中的天体在被彭涨光球不断 “吸引 ”、“吞噬 ”。随着飞船进一步接近光速，向奔扑点 f收缩中的大量天体会与膨胀的光球容为一体。甲可以通过调整飞船的速度使光球变的足够大且足够明亮，以至于能够感受到光球辐射的灼热。如果此时飞船停止加速，飞船将保持匀速运动，时空也停止变化且被定格在当下，此时甲看到，原本以奔朴点 f为中心的一片星空 (以下称 f星空 ).，出现一个由电磁背景辐射蓝移形成的光球，及由被光球"吞噬 "的 f星空中的大量天体合成的一个全新天体。
从分析可知，这一全新天体是由蓝移彭涨和光行差收缩效应形成的一个光学幻像，但是，对于此时处于匀速运动状态下的甲来说，这一全新天体却是一个真实的天体，这是因为 (相对干甲来说 )宇宙中任何发光的光球都必有其物质基础，且应具有独立的物质属性。只要飞船此时始终保持匀速运动，这一新天体就会永还存在下去，且在甲看来，此“光球 ”完全是一个全新参照系，飞船相对于这个参照系是近乎静止的。甲可以通过对这个全新天体的特征光谱及其他一些物理特征来确定其天体属性。
随着飞船的进一步加速，光球的大小及其特征光谱也必将不断发生改变，如果这些变化的特征光谱始终在我们现有理论认识范畴内，那么在不同的速度值上光球都应表现为不同属性的天体 (如恒星、行星等 )，如此就应存在这样的可能，即在某一速度值上光球的恃征光谱恰好与某种恒星 (比如太阳 )的特征光谱相似甚至相同，因特征光谱是判断天体属性的基本依据，所以甲可认定此速度值下的光球的属性为类日恒星。如果飞船停止加速且以相同的加速度瞬间减速至运动前的初始状态，此类日恒星的形成过程将按光行差澎涨和红移收缩原理发生反演，甲将看到大量天体从此恒星中飞奔而出，同时恒星本体不断收缩、变小、变暗，直至被分解展开为原初的 f星空，即一棵恒星可以被分解展开为一片星空，进而可推知作为恒星的太阳也可以被展开为一片星空。
4全息膜宇宙
从以上分析己知，当飞船瞬间向宇宙中加速到接近光速运行时，飞船前方会 “幻化 ”出一个特征光谱及大小不断变化的光球，且光球中“吸入 ”了几乎无数的我们己知的各种类型的天体，在一些特定的速度值上，光球呈现出某些独立天体的属性。然而直到目前为止，人们在对宇宙的观测和研究中，还没有发现类似这样的天体。如果存在这样的天体，按常识，此天体质量应为其所 “吞噬 ”的所有天体质量的总和，而如此巨大质量的独立天体只能以黑洞的形式存在，因此不可能显示出类似星系、恒星等天体的光谱。
从光球形成过程己知，光球即是一个光学幻象同时根据其特征光谱又可视为一个真实天体。从光球的幻象性来说，那些被光球吸入的天体仅仅是因光行差收缩效应导至了向飞船奔朴点的卷缩聚集的错觉，而并非真的聚集到一起，所以甲可认为 1)这些天体的质量并不会改变，进而甲可认为宇宙的总质量保持不变。2)因为天体被 “吸入 ”光球的过程可以仅仅看作是光行差位造成的视觉位移过程，所以吸入光球中的天体的属性及其运动变化的基本信息没有改变。比如，其中一被光球吸入的天体上有一头正在奔跑的大象，在此天体被吸入光球中的整个过程中甲应该始终能看到大象在此天体上奔跑，当光球被视为一个真实独立天体（记此天体为 Sn，n为自然数）时，那些被 “吸入 ”Sn中的众多天体就不应再以实在天体存于其上，否则此天体将有几乎无限大的质量。但是，从 Sn的形成过程可知，被吸入 Sn中的那些天体，在甲看来只是相对飞船运动之前发生了空间位移和光谱的蓝移，因此那些被 Sn“吸入 ”的天体上的基本的信息不应改变。同时甲会发现光球被看作独立天体 Sn时(如 Sn的特征光谱为恒星特征光谱时 )，Sn应具有与恒星属性相对应的质量，而此质量远小于被吸入光球的天体质量的总和，甚至不及其中之一。此时，那些被 “吸入 ”光球的天体的质量消失了，但是其基本的信息仍存在于 Sn上，即当光球被视为独立天体 Sn时，被吸入 Sn的天体只以信息态存在于 Sn中。
假如我们能把 Sn的形成过程分为两步，第一步，先通过蓝移彭涨，使红外和微波背景辐射形成一个与 Sn光谱相似的光球，因为观测任何天体时，看到的只是此天体的表面而内部是不能直接观察到，所以当视 Sn为独立天体时，甲看到的仅仅是 Sn的表面。弟二步，让飞船前方时空中的天体以光行差收缩方式进入光球，直观结果是大量天体平移进入光球，且镶嵌在了光球的表面，因为这一平移过程仅仅是光行差导至的视错觉，所以进入光球中的天体所包函的信息不应改变，即被 “吸入 ”光球中的天体是以信息太态存在于独立天体 Sn表面上。因为天体的表面可以看作一张没有厚度的膜，所以也可以说，被“吸入 ”光球中的天体是以信息太态存在于一张没有厚度的膜上。
因为大量天体被吸入 Sn中且以信息态存在于光球表面，所以宇宙的总质量似乎减少了。然而，由之前分析已知，当飞船前方时空发生光行差收缩和蓝移澎涨时飞船飞行反方向时空同时发生光行被差澎涨和红移收缩。以太阳为例，如果此时飞船是从太阳系内出发且沿太阳径向向宇宙深处运动，由前文分析可知，太阳将按光行差澎涨和红移收缩效应被展开为一片星空。直观上甲将看到太阳收缩变小，同时大量天体从太阳中以爆炸的形式飞奔而出，而这些由太阳中分离出来的天体的总质量从观测上来说，要远大于太阳本体的质量。如果宇宙的总质量总是守恒的，那么由太阳分离出的这些天体的总质量，就应恰好弥补了因光球的形成而减少的那部分宇宙质量。如此，整个时空总质量就不会仅仅因观察者的一次极速运动而造成相对观察者失恒。
由于在大尺度范围上天体在宇宙中的分布也是均匀的，因此甲由距太阳表面相同距离的球面上任一点，沿太阳径向，向宇宙深处任一方向，瞬间加速到同一接近光速的速度值时，飞船前方形成的天体Sn的特征光谱也应相近。虽然宇宙在大尺度天体分布均匀，但是在不同方向却分布着不同的天体，因此在不同方向时所包函的信息也不同。精确测量也显示，来自宇宙不同方向微波背景辐射也有微小的涨落，因此，在沿太阳不同方向形成的天体 Sn即使特征光谱相近，其"吞噬 "的天体及包函的信息也是不同的。如果此时飞船在此速度值上，恰好使前方形成的天体 Sn的特征光谱与太阳的特征光谱相同，天体 Sn就应是一棵与太阳相似甚至相同的恒星。同时太阳本身也被展开成一片星空以弥补被天体 Sn吞噬 "的天体的质量。这一质量弥补有两种可能结果 ————
1)被天体Sn吞噬 "的天体总质量及信息，多于或少于由太阳表面被展开而分离出的天体的总质量及信息，如此，在甲看来其瞬间的高速运动导至了宇宙的总质量及信息失恒。这种失恒，也为进一步分析带来了更多的不确定性，因此本文不在进一步做基于这一可能结果的探讨。
2)被 Sn吞噬 "的天体的总质量及信息，恰好等于由太阳表面被展开而分离出的天体的总质量及信息。基于这一可能，最完美的守恒应是太阳被展开而成的全新吋空景象，与运动初始时飞船前方的时空 (以下称 Q吋空 )景象完全相同。即甲看到飞船运动方向的时空卷缩成一个太阳，而原本的太阳方向时空展开为与 Q时空完全相同的时空。本文称这一变化过程为时空翻转。因为飞船是沿太阳径向任一方向运动，Q时空代表了任一方向时空，所以太阳表面可以展开为由太阳中心指向的任一方向的时空，进而推知，太阳表面可以展开为一个完整的时空，即太阳表面包函了宇宙全部信息。用同样的方法我们可以推知，宇宙中的任一天体表面都包函着整个时空的信息，且这些天体表面都能与其外围时空实现时空翻转。
因为太阳表面包函了整个时空的信息，且这些信息在太阳被展开时又转化为实在物质。所以，只要有合适的技术手段，就可以在太阳表面找到宇宙中的任一天体的全部信息，而这些天体本身又同样包函着宇宙全部倍息，因此说太阳表面的每一局部都包函着时空的全部信息，而这一 "部分包函全部 "的特征恰恰是全息原理的特征。又因为任一天体表面都可以被看作一张没有厚度的膜，所以宇宙中任一独立天体表面都是包函着宇宙的全部信息的全息膜。
5全新宇宙观
5.1宇宙起源新观点
标准宇宙模型认为，我们的宇宙是由 130亿年前一个时空点爆炸而形成的，且在爆炸的最初瞬间还有一个极速爆涨过程。爆炸后的辐射，高度红移后成为均匀来自宇宙各个方向的微波背景辐射。
由前文分析知，飞船通过瞬间加速到接近光速运动，可以使飞船前方的时空向飞船奔朴点收缩，其直观过程恰似宇宙大暴炸过程的反演。在这一过程中飞船前方时空还可幻化出不同的天体 Sn，且宇宙的全部信息都以全息方式存在于 Sn的表面。如果此时飞船以相同的加速度，瞬间减速至运动前的初始状态，天体 Sn又按光行差膨胀和红移收缩原理分解成一个完整的时空，同时存在于 Sn上的一些信息又重新转变为实在天体，因此可以说 –––信息和实在物质在一定条件下可以相互转换。而 Sn分解过程直观上恰好是标准模型描述宇宙大暴炸过程，且某一天体的信息从 Sn中分离的瞬间即与 Sn成为互为独立的天体，同时二者也瞬间产了宇宙学距离，而这一点又与标准宇宙模型所描述的暴涨过程极其相似。因此可以认为，宇宙大暴炸及爆涨过程等同于一个天体表面按光行差澎涨和红移收缩效应展开的过程。
5.2
人类的信息弥漫于整个宇宙由前文分析知，如果飞船在瞬间加速运动过程中，整个时空仍保持一种完美守恒，时空可以发生反翻转。以地球和太阳为例，当飞船在地球与太阳的连线上一个可操作位置，由太阳向地球做瞬间急加速运动，且使以地球为奔朴点的时空形成的光球的特征光谱与太阳征光谱相同，此时甲看到，一个与太阳相似甚至相同的类日恒星出现在飞船前方，且地球以信息态被容入此类日恒星中。按时空翻转原理，此时太阳表面应被展开为与原本地球方向的相同的时空，且太阳方向出现了一个与地球相似甚至完全相同的全新地球。如果飞船向此类日恒星继续做瞬间极加速运动，飞船前方时空将以此类日恒星为中心进一步卷缩，同时来自飞船前方的辐射也进一步蓝移。如此在飞船不同的速度值上，其前方会有更多的不同属性的天体 Sn出现，而这些天体 Sn中都包函有地球的全部信息。如果每一个天体 Sn的属性都能和我们己知宇宙中的天体相对应，又因为地球以信息态存在于天体 Sn表面上，所以人类活动的是以信息存在于不同的天体表面上。从天体表面
的全息性来说，也可证明人类的信息存在于不同的天体表面上，甚至于弥谩于整个宇宙。
5.3时空穿越
因为飞船是瞬间加速到无限接近光速，所以飞船移动的距离可以为无限短。然而，就是在这一瞬间、在无限短的距离内、在不同的速度值上，飞船前方出现了不同的时空景象，即飞船进入了不同的时空。同时原来的参照系 (如太阳 )却被分解展开。如此，飞船通过瞬间加速到接近光速运动实现了瞬间的时空穿越。
6小结
本文借助思想实验及光行差和多普勤频移两个物理事实，对观察者在瞬间加速到光速的过程中，观测到的宇宙变化作了分析。分析的结果可能颠覆了我们的一些传统认知观念，但是这些结果并非都是确定的，比如，宇宙的全息性及时空翻转效应，只有在相对于瞬间加速运动的观察者，宇宙总质量及信息仍保持完美守恒时成立，而这一守恒就目前来说亚缺少相关理论和实验的支持。差涨缩效应和频移涨缩效应，及由这两种效应导致的一系列时空变化现象基本上是确定的，比如太阳可按光行差彭涨和红移收缩效应展开为一片星空这一结果是基本可以确的。实际上由光行差涨缩和频移涨缩两效应，还可以推得更多的关乎深层宇宙奥秘的结果，然而，基于笔者知识水平所限，不能进一步一一给出，望阅读并支持本文观点的有识之士，按本文提供的相关方法及线索，发挥个人智慧推出更多，更具确定性的结果，从而使我们对宇宙的认识再上新台阶。
阅读: 13639
| 
