宇宙膨胀和能量守恒问题

宇宙膨胀和能量守恒问题

摘要对爱因斯坦质量方程m=m0进行了深入分析，提出能量不守恒的可能性，即物质在交换能量的过程中，存在连带性能量保留，为解释宇宙膨胀现象找到根据。

关键词连带性；能量保留；宇宙膨胀

0引言

能量守恒似乎是不争事实，但宇宙的膨胀现象却是能量守恒所无法解释的。按照能量守恒，宇宙一部分膨胀，另一部分收缩，永远保持平衡。但观测事实却证明，宇宙总体都在膨胀，膨胀的宇宙带来能量守恒不可解释的问题，宇宙增加的能量从何而来，能量还守恒吗？

1变化中的相对质量及连带性能量保留

传统理论认为，光子是没有静止质量的，但是，如果光子没有静止质量就谈不上运动质量及能量，世间万物不可能存在没有质量的物质，因此若解释宇宙膨胀问题，首先要承认光子是有静止质量的。下面我们就假定光子是有静止质量，并结合爱因斯坦质量方程

m=m0来演示宇宙的能量是如何增加的。在这里笔者需要声明，爱因斯坦的质能关系式是E=mc2 ，E0=m0c2 。从这个方程可以看出，只要相对质量m增大，就意谓着能量E的增大，所以，为简便起见，本文只用质量方程来简单地代表整个质能关系。

爱因斯坦质量方程m=m0的解释：

1）在静止质量m0不变的情况下，运动速度v越快，其相对质量m越大；

2）欲保持相对质量m不变，只有减少静止质量m0同时增加速度v。

我们知道，电子受高能光子照射后，接受了一个正值能量，因此它的频率会增高，自转会加快，相对质量会增大，从而进入激发态。只是此时静止质量还保持原值（这是因为电子只接受了外来能量，而入射光子则被反射①，即入射光子与电子并非完全非弹性碰撞，双方只能是能量互导、频率互导。），这符合质量方程第一种解释。继尔，电子会自发地发射一颗光子将这正值能量带走，一进一出能量守恒。

但是，仔细研究会发现，在电子发射光子后，，其相对质量值m会暂时降到受激发前的状态，这是因为静止质量m0减少了，但紧接着因其发射光子后，半径缩短了，根据角动量守恒原理，其自转速度v肯定又会提高，因此，它的相对

质量m又会有微小的上升，这是不容忽视的。这符合质量方程解释之二。对此，我们称之为“连带性能量保留”。用质量方程直观的表示就是：

（1）m=m0此为受激发前的状态；

（2）m激发态﹦m0此为受激发时的状态，v21表示受激发时电子自转的第一次增速。m激发态表示受激发时电子的相对质量。

3）m微升﹦m0-此为电子发射光子后的状态，m微升表示此时电子的相对质量比受激发前有微小的上升，m0-表示电子此时静止质量减少，v22表示电子静止质量减少后其自转的第二次增速。

可以类推，电子受高能光子激发一次，相对质量增加一次。

如果电子接受低频光子的激发，它也产生连带性能量保留。具体情况是，它接受了一份负值能量，产生跃迁，然后它将自发发射一颗光子将这负值能量带走，此刻它的能量必减少这个负能量值，而静止质量也在此刻减少一个正值，但因静止质量的减少同样会带来自转速度的加快，其相对质量比减少一个负能量值时肯定会有微小增加，因此它并没有遵守能量交换原则，经过这连带性的过程，它产生了连带性能量保留。

现在再换个角度演示连带性能量保留的存在。如电子间发生碰撞，那麽，一方面电子轨道平面的倾角会改变（限于篇幅暂不讨论），另一方面，电子本身必受到压缩，这必有利于电子自转的加速，虽然电子在运动方向上受阻，但其自转却在加强（这有益于碰撞双方），相对质量上升，因而其发射的光子频率必升高，摩擦生热正是这个道理。如果我们不承认有连带性能量保留的存在，那么，当我们以同一力度、同一速度进行摩擦，摩擦双方的温度总应保持在一个稳定的水平，因为摩擦时电子受激发而发射的光子的频率是恒定的。由此可见，连带性能量保留是客观存在的。

再看一个事实.由于连带性能量保留的存在，可以设想电子轨道也在扩大，因此宇宙在不断膨胀，星球也在膨胀，其体积在不断变大，自转在减慢.例如，六亿年前，地球上的一天为20小时，四亿年前为21.5小时，二亿年前为23小时，由此可见，地球在膨胀，自转在减慢.但是，地球也有收缩的时候，当其膨胀后，内部压力将变小，原子间的连带性能量保留将下降，地球又将收缩.星球就是在这种膨胀收缩中变大的.

另外，我们知道，地球在春季自转较慢，而在秋季则较快，这是因为北半球的冬季正是地球轨道的近日点，因此，受太阳一冬近距离的照射，地球上产生的连带性能量保留大些，地球因此膨胀，所以，在春季地球自转较慢.而北半球的夏季是地球轨道的远日点，正与冬季相反，地球收缩，因而到秋季地球转速快些.

这里再提出一个猜想。氢原子光谱或白炽体的“红移”现象可能与连带性能量保留有关，例如，当物体被连续加热时，温度越高，物体所辐射的光谱线越向紫

端移动，这表明连带性能量保留可使电子以指数函数跃迁，不过其指数变化的幅度是极其微小的，可能小于1。00000001，它同时告诉我们，电子的基态轨道可能在变大。

从上面演示可以看出，电子或质子由于连带性能量保留的存在，频率、能量不断攀升，整个宇宙的引力也在变大，如果这一假设成立，那么，关于宇宙膨胀的问题就迎刃而解了。即从能量交换和电子运动的全过程中可以发现，能量不守恒，宇宙的膨胀是一种虚内能的增加。随着连带性能量保留的不断继续和时间的推移，电子的半径将不断缩短，而自转频率将不断增高，当超过某一临界点时，宇宙将开始坍缩。

2 提供二个试验方法

1）取一“稳定”光源，利用光电效应，在一段时间内，记录下入射光的频率前后有何不同，再记录下电子逸出功随时间增长有何变化，如果电子逸出功随时间延长而增高，则说明入射光子频率在随时间而增高，说明光源内部有连带性能量保留现象的发生。因此也间接证明了光子有静止质量；

2）或者，建立一充分大密闭的恒温装置，将温度设定在某一温度，比如20℃，再将一不太大的、温度假定在10℃的被测物体放入此恒温装置内，注意观察并记录被测物体的温度由10℃上升到20℃所用的时间。然后，再做一次，这次是将20℃的被测物体放入温度为10℃的恒温装置内，注意观察并记录被测物体的温度由20℃降到10℃所用的时间，比较这两次实验，如果被测物体升温比降温所用的时间短，则证明有连带性能量保留现象的存在。因为如果物体接受低频光子的能量时，由于有连带性能量保留的存在，它降温要困难一些。在实验时，应考虑被测物体在升温时可能升不到20℃，而在降温时也可能降不到10度，这是因为恒温装置内增加了被测物体的缘故，因此，可将恒温装置做得充分大，以保证被测物体的温度达到恒温装置的温度。

注释：

①这大概就是暗能量的来源.

参考文献

[1][德]H.V.迪特富特著.郑嘉tong，申小大，常克强，编译.宇宙星体漫谈：84，79.