系统相对论连载之九：光速方程与光子衰变

文/刘泰祥

光速c是现代物理大厦的基石，宇宙谱线红移被视为星系退行的反映。当前,一些人对此提出了质疑。笔者认为，光速c是光速方程在地表的一个近似解，宇宙谱线红移是光子衰变的结果。

1.光速方程

系统相对论推导出了一组稳态运动方程[1]，如果将静止斥力区稳态运动方程中b0和B，分别用光子表面空间密度ρ0和引力场空间密度ρ替代并整理，可得到引力场中的光速v公式：

称作光速方程。其中kv为绝对运动常数。

由于光子表面空间密度ρ0远大于地表空间密度ρ，即1-ρ/ρ0≈1，于是有：v ≈(kv/ρ)1/2=c 即地表光速为(kv/ρ)1/2的常数，通常光速c在地表是用可见光测得，故称之为地表可见光速。可见，光速c是光速方程的一个近似解。

2011年9月英国《自然》杂志报道，欧洲研究人员发现了中微子超光速现象，2012年5月又以“光纤连接问题”予以否定。根据中微子比可见光子的能量小得多的事实，可推得它的表面空间密度比可见光子大一些，因此地表中微子的运动速度大于光速c。故上述所谓“光纤连接问题”值得商榷。

2.光子衰变

康普顿散射实验表明，被散射光子的频率随散射角改变，康普顿认为散射光子是与靶中电子碰撞导致能量损失所致。笔者认为，散射光子与靶中碳原子核和电子都有关，散射前后的光子是两个不同的光子。

如图1所示，在光子与靶粒子碰撞过程中，随着光子向粒子靠近，其外界的场强越来越强，根据场域半径公式[1]，光子场域半径不断减小。当靠近靶粒子到达一定距离r时，光子临界场消失，光子本体[1]两端cn粒子裸露于碳原子核的场中。这时，在粒子场的作用下光子两端cn粒子开始散解；直到碰撞后远离到距离r时，光子临界场再次出现，这时两端cn粒子停止散解。

可见，散射光子发生了衰变。

3.对宇宙谱线红移的判定

对于宇宙谱线红移的解释，当前存在宇宙学和非宇宙学两种观点，笔者支持后者的观点。从系统相对论的稳态宇宙模型[1]可知，黑洞在太空中广泛存在，类星体辐射出的光子穿越太空到达地球的旅程中，难免会穿越黑洞史瓦西半径内的空间，导致光子中部分cn粒子的散解而发生衰变。

星体距离我们越远，其光子到达地球前穿越黑洞史瓦西半径内空间的次数越多，光子衰变的幅度也就越大，光子频率就变得越低。设星体辐射光子的频率为f0，到达地球时光子频率衰减幅度为△f，光子旅行单位距离频率衰减率为k，光子旅行距离为D，于是有：△f=kDf0实际上，当类星体朝向或背向我们运动时，它发出的光只有光强度的变化，而不会发生频率变化。因此，多普勒将光子的运动与声波作类比是不恰当的。

例如，旋涡星系NGC4319与类星体马卡良205之间似有物质桥连接的事实表明，它们是有物理联系的真正近邻，但二者的红移量却相差10倍以上。这是由于它们辐射出的光子经过的路径不同导致的。

[1] 刘泰祥.系统相对论[M].北京:科学技术文献出版社,2012:185,81,82,68.

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