宇宙空间光学与引力场时空特性

熊明青

前言:依据广义相对论空间的形态与物质分布密切相关，星系产生的引力场可以形成引力透镜。
随着天文观测技术的进步，越来越多的爱因斯坦环被发现，引力透镜的存在已经成为不争的事实。
此文着重分析引力场中不同位置以及不同运动状态的光源的传播路径与折射特性。
将这种引力场中的光线传播特性推广至宇宙引力空间，得到的结果是:
1.宇宙中心奇点为裸奇点，并呈现为宇宙视界;
2.宇宙微波背景辐射源自宇宙中心裸奇点;
3.相对引力透镜体外的观测者而言引力透镜体内存在不可观测区域
4.人类仅能观测到所在引力透镜体内的天体产生的谱线特征点蓝移光线而无法观测到其它引力透镜体内可见物质发出的谱线特征点蓝移的光线。

《宇宙空间光学与引力场时空特性》

随着天文望远镜的分辨率提高，越来越多的爱因斯坦环被观测发现，引力透镜体得以证实。科学家认为引力透镜体内存在大量暗物质。
1引力透镜体内光学折射特性
1.1折射放大效应
大质量密度星系因质量对空间产生广义相对论引力效应而对称弯曲，对光线产生折射作用，对观测者与镜体中心连线延长线一侧的遥远光源发出的光线产生折射，在人类视野中形成放大的影像，形成引力透镜效应。使人类得以观测到引力透镜体背后遥远的星系。
1.2折射滤光作用
引力透镜体对透镜体内的可见物质产生的谱线特征点蓝移的光线有滤光作用，使位于引力透镜体外的人类无法观测到这些可见物质因多普勒效应产生的蓝移光线。
这些相对于遥远的观察者迎面加速而来的可见物质发出的谱线特征点蓝移的光线，在试图穿越引力透镜体时被折射向镜体中心方向而无法进入人类的视野;只有部分区域的可见物质发出的谱线特征点红移的光线能够被折射向观察者的视野。这部分区域仅占引力透镜体的1/6。换句话来说，引力透镜体内有大于5/6区域内的可见物质无法被人类所观测。
这意味着，人类只能观测到自身所在星系形成的引力透镜体内的天体因多普勒效应(迎面加速而来)产生的谱线特征点蓝移的光线，这一点已经被盖亚卫星公布的最新一期数据所证实:占宇宙可观测天体43%的谱线特征点蓝移的天体全部位于超本星系内。
球对称稀疏星系因无法形成引力透镜，不存在无法观测区域，因此不存在任何暗物质。
同时也意味着，人类作为观察者，在环顾四周各级星系(超本星系除外)时，只能观测到背离人类向星系中心加速运动的天体，而无法观测到星系中心另一侧迎面加速而来的天体发出的谱线特征点蓝移的光线。
有人会猜测:如果存在宇宙中心引力场，人类必然在宇宙引力场形成的引力透镜内，那么也一定会观测到宇宙中心另一侧迎面加速而来的星系？
2.宇宙空间的光学折射特性
如果宇宙存在中心引力场，那么剔除可见物质后的宇宙空间质量密度分布规律应遵从广义相对论场方程严格解，即
D(r)=1/8πrGμ。ε。
其中
D——空间质量密度
r——空间内任意一点距宇宙中心的距离
G——引力常量
μ。—真空磁导率
ε。—真空介电常量
仔细观察会发现，质量因空间对称弯曲而存在，可直观理解为质量是对因空间对称弯曲而积蓄的真空势能的度量。
仔细观察还会发现，质量密度与空间弯曲曲率二次方成正比，远离宇宙中心的空间弯曲曲率小，空间质量密度就更小，靠近宇宙中心的空间弯曲大，质量密度就更大，宇宙中心质量密度无穷大。由此产生的光学折射特性就是:向任何方向传播的光线将会被连续折射向宇宙中心方向;逃离宇宙中心方向的及沿等密度面传播的光线需要度规微扰作用产生的微小偏离角，才能被逐渐折射。
直观的描绘就是:一颗做自由落体运动的恒星发出的光就像是偶极子的电力线全部射向另一极宇宙中心。如果宇宙中心也发光，发出的光线在度规微扰作用下偏离法线后也像偶极子的电力线一样，人类及空间的可见物质就是偶极子的另一极。
由此，宇宙中心成为裸露的、可视的，并呈现为宇宙视界。
3.新宇宙监察假设
假设宇宙空间质量密度分布规律遵从广义相对论场方程严格解，即
D(r)=1/8πrGμ。ε。
则:宇宙存在中心裸奇点，并呈现为宇宙视界。
题外话:
今天是宇宙空间光学正式诞生的日子，在此把宇宙空间光学定义为:研究因宇宙空间质量密度分布规律而产生的时空特性与光线在宇宙空间传播规律之间存在的关联性和规律性。
再简单点说，宇宙空间光学是研究宇宙空间质量密度分布规律与宇宙在人类视觉中如何呈现的关系。