宇宙微波背景辐射各向异性的物理意义

系统相对论连载之五：

现代物理学认为，宇宙微波背景辐射是一种充满整个宇宙的微波电磁辐射。1965年，美国贝尔实验室的工程师阿诺·彭齐亚斯（A.Penzias）和罗伯特·威尔逊（R.Wilson）意外发现了它，两人因此共同获得1978年的诺贝尔物理学奖。

后来人们在不同波段上对微波背景辐射做了大量的测量和研究，发现它在一个相当宽的波段范围内良好地符合黑体辐射谱，对应温度大约为2.7K，并且在整个天空上是高度各向同性的，只是具有一个微小的偶极各向异性：在赤经 11.3±0.1 h，赤纬 4±2°的地方温度略高，在相反的方向温度略低。

1977年，美国科学家乔治·斯穆特（G.Smoot）发表题为《宇宙微波背景辐射的黑体形式和各向异性》的论文，并因此与约翰·马瑟（John C. Mather）分享了2006年诺贝尔物理学奖。斯穆特在论文中指出：“我们已经发现了宇宙黑体辐射各向异性，观察结果很容易被解释为是由于地球相对于宇宙黑体辐射运动速度为390±60千米/秒。”[1]

斯穆特团队作出的地球相对于宇宙黑体辐射运动的结论被称为“新的以太漂移”。2002年，北京石油化工学院教授董晋曦在一篇论文中评论道：由2.7K微波辐射各向异性所显示的“新的以太漂移”，清楚地证明了绝对运动的存在，这表明绝对坐标系将会以某种新的形式重返物理学。[2]

我们知道，地球的运动是在太阳引力场中的运动，那么390千米/秒的速度是否为地球相对太阳引力场的速度呢？推导如下：

如同地球引力场相对地球静止一样，太阳引力场相对太阳是静止的。我们习惯于以系外恒星为参照系（不考虑太阳的自转）观测行星的运动，如果以太阳为参照系，行星的运行参数将完全不同。

上述两种参照系下，各行星运行数据见下表[3]。从表中可以看出，以太阳为参照系时地球的公转速度345千米/秒，这与地球相对微波背景的运动速度390±60千米/秒是基本吻合的。

当然，表中给出的速度是根据太阳自转的恒星周期25.38天计算得出的，这个周期相当于太阳在纬度26°的自转周期。根据维基百科提供的数据，太阳在赤道处的自转周期是24.47天，根据这个数据计算出的地球公转速度约为413千米/秒。另外，计算中没有考虑太阳赤道对黄道倾角7.25°、也没有考虑太阳内部物质的涡运动，而且计算采用的是地球公转轨道的半长径。

由此笔者认为，所谓“地球相对微波背景的运动”本质是地球相对太阳引力场的运动，即上述所谓“微波背景”是指太阳引力场而已。可见，地球相对太阳引力场的运动就是董晋曦教授所说的绝对运动。这个观测事实既是对系统相对论稳态运动方程的一个有力证明，同时也对普遍认同的“地球公转速度为29.8千米/秒”提出了质疑。

人们对微波背景辐射的观测主要是用来考查宇宙大爆炸学说中物质分布的均匀程度，而对在地球运动方向上出现的千分之一的温度差异这一事实却不予理睬。[4]

参考文献：

[1] Smoot G F， Bennett C L， Kogut A， et al. Structure in the COBE differential microwave radiometer first year maps[J]. Astrophys.J.，1992，396：L1-L5.

[2] 董晋曦.光速可变及其地面判别实验[J].北京石油化工学院学报，2002，10（4）：46.

[3] 刘泰祥.系统相对论[M].北京：科学技术文献出版社，2012：85-86.

[4] 张操[美].物理时空理论探讨—超越相对论的尝试[M].上海：上海科学技术文献出版社，2011：53.

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