光传播现象测量与比较 解析天文学网络公开课第34讲

周坚

光传播现象测量与比较

解析天文学网络公开课第34讲

周坚/2015年4月24日

我们知道，测量是按照某种规律，用数据来描述观察到的现象，即对事物作出量化描述。就一般事物来说，作出量化描述我们很好理解，但对宇宙中的光传播现象来说，我们该如何对它作出量化描述，用数据来描述观察到的光传播现象呢？由于宇宙中的光传播尺度巨大，因此我们可以肯定测量光传播现象是不可能的，但在解析天文学为我们创建了天文数轴之后的今天，我们就是能够将光传播现象按照一个合适的比例微缩到天文数轴上来进行测量。在这一讲中，我们就一起来探索光传播现象测量与比较。

图34.1是光传播现象按照适当的比例微缩后，放在由解析天文学为我们创建的天文数轴上，进行光传播现象测量示意图，它让我们看到如何将宇宙中无数自身发光天体统一看成是点光源放在天文数轴上，如何依据光传播现象的参数特点，如光传播距离、光传播时间、光传播红移（周坚红移）、光传播距离模数等，在天文数轴上找出它们之间的关系，并确定这些参数如何进行测量的操作方法，具体步骤如下。

1、确定点光源。将宇宙中无数自身发光天体统一视作一个点光源。

2、确定点光源位置。将点光源放在天文数轴的0时刻光刻度上，如图34.1中标出的0时刻光。

3、确定光传播方向。将从光源发出向宇宙空间四面八方传播的光（电磁辐射）按适当比例缩小放在天文数轴上，让它向正反两个方向传播。

4、确定被测量的某一时刻光。在天文数轴上设定被测量的任意某一时刻光。如图34.1中标出的A（正方向）和A＇（反方向）时刻光确定为被测量的50亿年时刻光，B（正方向）和B＇（反方向）时刻光确定为被测量的100亿年时刻光，等等。

5、测量某一时刻光。测量某一时刻光就是对该时刻光进行量化描述，测量方法是在天文数轴上画出被测量某一时刻光的固定参数刻度线，并依据固定参数刻度线所对应的刻度参数进行数据记录。

举例来说，图34.1中上方天文数轴分别画出了50亿年时刻光和100亿年时刻光的固定参数刻度线，对50亿年时刻光进行量化描述的结果是，光传播距离刻度分别是±50亿光年，光传播时间刻度是50亿年，光在传播过程中的周坚红移刻度是0.57，光传播距离模数刻度是42.89，而对100亿年时刻光进行量化描述的结果是，光传播距离刻度分别是±100亿光年，光传播时间刻度是100亿年，光在传播过程中的周坚红移刻度是2.65，光传播距离模数刻度是46.36。作为对比，0亿年时刻光固定参数刻度线对应的光传播距离刻度是0亿光年，光传播时间刻度是0亿年，光在传播过程中的周坚红移刻度是0。

再举一个光源不在距离刻度原点0上的例子，图34.1中下方天文数轴同样分别画出50亿年时刻光和100亿年时刻光的固定参数刻度线，但光源却在距离刻度的xi=8（80亿光年）上，如此一来，虽然它们的固定参数刻度线没有变，它们的光传播时间刻度、光在传播过程中的周坚红移刻度和光传播距离模数刻度都没有变，但距离刻度却发生了变化，即50亿年时刻光的距离刻度从±50亿光年变成130亿光年（正方向）和30亿光年（反方向），而100亿年时刻光的距离刻度从±100亿光年变成180亿光年（正方向）和-20亿光年（反方向）。

6、比较某一时刻光。比较某一时刻光就是对两个以上任意时刻光进行量化比较的描述，比较方法是在天文数轴上画出被比较的任意时刻光的固定参数刻度线，并依据固定参数刻度线所对应的刻度参数进行数据比较的记录。比较形式有两种，其一是任意一时刻光与0时刻光进行比较，其二是任意时刻光之间进行比较。

任意一时刻光与0时刻光进行比较所获得的结果是光从光源发出传播到该时刻光的传播量化描述，比较方法是在天文数轴上画出被比较的任意时刻光的固定参数刻度线，并依据固定参数刻度线所对应的刻度参数与0时刻光的固定参数刻度线所对应的刻度参数进行数据比较的记录。

举例来说，由图34.1中所示，在方天文数轴上，我们分别测量了50亿年时刻光和100亿年时刻光，它们与0时刻光进行比较所获得的结果是，对50亿年时刻光而言，从光源发出传播到此时此刻所传播的距离是50亿光年，距离模数是42.89，历时50亿年，在传播过程中发生了0.57的周坚红移，而对100亿年时刻光而言，从光源发出传播到此时此刻所传播的距离是100亿光年，距离模数是46.36，历时100亿年，在传播中发生了2.65的周坚红移。注意，这里的比较结果是相对光源而言的，而与光源所在宇宙空间的具体位置无关。

任意时刻光之间进行比较所获得的结果是任意时刻光之间相对进行光传播的量化描述，比较方法是在天文数轴上画出被比较的任意两个以上时刻光的固定参数刻度线，并依据它们的固定参数刻度线所对应的刻度参数进行数据比较的记录。

举例来说，由图34.1中所示，在方天文数轴上，我们分别测量了50亿年时刻光和100亿年时刻光，它们之间进行比较所获得的结果是，100亿年时刻光比50亿年时刻光多传播了50亿光年的距离，距离模数大了3.47，历时多出50亿年，在传播过程中发生的周坚红移也大了2.08。

看到了吧，只要借助解析天文学为我们创建的天文数轴，我们就能够对在宇宙中传播的光传播现象进行测量和比较，这是一种基本技能，我们人类在宇宙中要永远生存下去就必须要掌握这一基本技能。