如何确定光(电磁辐射)在平面内直线传播的位置

周坚

如何确定光(电磁辐射)在平面内直线传播的位置

周坚/2012年8月18日

我们是否可以思考一下，类似于利用周坚数轴确定光（电磁辐射）在宇宙中直线传播的位置（详见8月17日发布的博文），能不能找到一种办法来确定光（电磁辐射）在平面内直线传播的位置呢？我们以星系在平面内直线传播光（电磁辐射）为例，如图1所示，一个星系向平面内的A、B、C、D四个点直线传播光（电磁辐射）。请问我们如何确定传播点A、B、C、D的位置呢？注意，这个距离是不能用皮尺去测量的，切记！切记！

想一想，如果我们以星系为坐标原点作两条相互垂直的周坚数轴，并规定横轴为X轴，取向右的方向为正方向，纵轴为Y轴，取向上的方向为正方向，每个方格的边长看作光（电磁辐射）传播的单位传播距离，距离的单位是亿光年。由于星系在宇宙中向四面八方传播光（电磁辐射）的传播距离非常大，它是在宇宙学尺度上的度量级别，我们根本就无法直接测量，只能通过观测它传播后的周坚红移来确定，因此这种宇宙学尺度的度量级别就必须通过周坚定律来确定。

周坚定律(Zhou Jian’s Law) 是笔者基于1998年发现宇宙正在加速膨胀的超新星哈勃图，通过进一步深入研究于2008年6月29日发现的一个自然规律，它描述的是光（电磁辐射）的传播距离与周坚红移成正比，与周坚红移加1的和成反比的自然规律，其数学表达式就是r= Z0 zz/(1+zz)，其中，r是以光年（ly）为单位的光（电磁辐射）传播距离，zz是周坚红移（Zhou Jian Redshift），其物理意义是光（电磁辐射）在传播过程中的传输波长随传播距离增大而有规律地向红端位移的相对变化量，Z0是周坚常数（Zhou Jian Constant），即Z0=13，771，980，862.5685光年（约137.72亿光年），其物理意义是光（电磁辐射）传播的极限传播距离，说明任何光（电磁辐射）的传播都不可能无休止地传播到无限远。

依据周坚定律，我们就能够在相对应的坐标刻度上标注出它们对应的周坚红移，如图2所示。

从图2中我们清楚地看到，对于处在坐标原点上的星系来说，它向平面内A点直线传播到达这个光（电磁辐射）传播点A的时刻，它的横坐标是100亿光年，纵坐标是-20亿光年，依据周坚定律，它对应的周坚红移是 =2.853428（注：这是周坚常数Z0取137.72亿光年近似值的结果，其精确值是2.853443，误差率不到百万分之六，因此，在一般情况下取周坚常数Z0为137.72亿光年计算即可），这就是在坐标原点上的星系向平面内A点直线传播光（电磁辐射）到达该点的传播坐标，称之为传播点A的传播坐标，记作A（100，-20，2.853428）。应用同样的方法，我们就能够轻而易举地获得B、C、D这三个传播点的传播坐标，它们分别是B（60，80，2.651113）、C(-40,60,1.099103)、D(-60,-100,5.526717)。

由此可见，对于处在坐标原点上的星系向平面内任意一个点P直线传播光（电磁辐射）来说，当传播到达该传播点P的时刻，它的横坐标就是x，纵坐标就是y，对应的周坚红移就是，这就是在坐标原点上的星系向平面内任意一点P直线传播光（电磁辐射）到达该点的传播坐标，称之为传播点P的传播坐标，记作P（x，y，zz）。

不难看出，图2所示的平面直角坐标系是具有新含义的平面直角坐标系，它具有解析光（电磁辐射）在宇宙中传播的意义，这就是解析宇宙学的意义，它虽然与笛卡尔平面直角坐标系具有类似的特征，但还是具有不同的内涵，为区别于笛卡尔平面直角坐标系，我们就用发明者的名字来命名，将这种具有解析宇宙学意义的平面直角坐标系取名为周坚平面直角坐标系。

展望一下，有了周坚平面直角坐标系后，我们在确定光(电磁辐射) 在平面内直线传播的位置就方便多了，其实还不止这些，我们还能通过它列出许许多多的传播方程，为实现定量分析我们所观测到的宇宙提供理论分析依据。