第13章：光速定律

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红移效应，又称为多普勒效应，能够对极端遥远的天体进行测距。先前人类观测显示，所有的星系都在远离我们，并且距离我们越遥远的星系远离的速度越快，这就是著名的哈勃定律，它背后的本质是宇宙的膨胀。可以通过对遥远天体光线的光谱分析检测这种“红移”效应。恒星光谱中会有一些暗线，这是光源发出的光线中，由于某些类型的元素被吸收而产生的吸收线。星系远离我们的速度越快，其波长的拉升程度越明显，在光谱中的表现便偏向红端，被称作红移。那么基于哈勃定律，可以发现，星系距离我们越远，它们光谱中表现出的红移量也会越大。目前接收到红移最大的电磁波信号显示其来自138亿光年之外。换句话说，这是目前人类能够观察到的最古老的光线，这也在一定程度上透露了宇宙本身的年龄。在过去的138亿年间，宇宙一直在持续膨胀——并且膨胀的速度非常迅速。将这一因素纳入考虑之后，天文学家们的计算结果显示，那些从138亿光年外发出的光线，产生这些光线的古老天体，由于宇宙的膨胀，今天它们和我们之间的距离已经达到了大约465亿光年左右。这一数值是目前对于可观测宇宙半径的最佳估算。将这一数值乘上一倍，就能获得可观测宇宙的直径，大约是930亿光年。2016年左右，牛津大学的米汉.瓦达扬和同事们，对可观测宇宙中的已知天体数据进行了分析，试图从中探寻整个宇宙的真实形态。在使用计算机算法对数据中有意义的模式进行挖掘之后，他们得到一个新的估算值。计算结果显示整个宇宙的大小大约是可观测宇宙的250倍左右。

不管可观测宇宙有多大，这些数据都是基于光速恒定为基础的，但是基于光速壁垒的存在，所以人类观测需要重新认识，需要新的理论支撑。

第二份报告，就是文明院士提出的光速定律报告。以下是主要内容。

光速四定律：

定理1：对于一个孤立系统空间域的物质，如果该系统没有和其它系统进行能量和物质交换，则该孤立系统空间域的物质光速取决于该系统空间域的能量密度（成正比）和物质密度（成反比）；

定理2：类似于地球人类热力学第二定律的“熵增原理”，光速存在“光降原理”，即在一个孤立系统空间域内，光速会随时间单调下降；

定理3：如果两个孤立系统空间域中物质的光速相同，则它们彼此也必定处于同一时间轴上；

定理4：对于一个系统三维空间域，C^2=k*ΨE/Ψm，C为该系统三维空间域的物质光速，ΨE为该系统三维空间域的能量密度，Ψm为该系统三维空间域的物质密度，ΨE/Ψm定义为密度波，k为该系统三维空间域与其它三维空间域的能量和物质交换程度，即交互因子，对于一个孤立系统的三维空间域，k=1。

光速四定律设定，前提是大爆炸产生了我们这个宇宙。大爆炸之初，物质只能以中子、质子、电子、光子和中微子等基本粒子形态存在。随着温度降低、冷却，逐步形成原子、原子核、分子，并复合成为通常的气体。气体逐渐凝聚成星云，星云进一步形成各种各样的恒星和星系，最终形成我们如今所看到的宇宙。

宇宙在致密炽热的奇点时，具有极高极高的能量。由于能量密度极高，而物质密度极小，所以宇宙的初始膨胀是超光速进行的。宇宙爆炸之后，宇宙体系在不断地膨胀，能量密度不断下降，能量不断创造物质，物质密度不断增加，这是一个能量密度由大到小、物质密度从稀到密的演化，所以本宇宙的本征光速是随时间单调下降的。

如果将本宇宙看作是一个孤立的系统，那么光速定律1、2、3这三条成立。如果还存在其它宇宙，则光速定理4保证有效性。将一个宇宙或多个宇宙情况推演到一个或多个系统空间域（即下面推论所说的光速位面空间，或者光速空间域），光速四定律同样适用。

注：宇宙光速称为本征光速，不同空间区域的光速称为空间域（或空间域物质的）光速，因为宇宙本征光速是随时间单调下降的，所以宇宙中所有空间域光速都是随时间单调下降的。

基于宇宙大爆炸学说和光速四定律，可以得出一些有意思的推论：

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