第二節(jié)　宇宙中的光及光波

一、宇宙中光速度的增快與減緩

光的定義：光是通過(guò)光的傳導(dǎo)介質(zhì)傳導(dǎo)的粒子振動(dòng)波。所謂光子就是光的傳導(dǎo)介質(zhì)，光就是傳導(dǎo)的波，光能就是傳導(dǎo)的光波動(dòng)的能量，通常說(shuō)的光的速度，299792.458千米/秒，就是光波的速度，因光是通過(guò)光的介質(zhì)傳播的，傳播速度受光傳播介質(zhì)密度的影響，光傳播的介質(zhì)密度高及密度低傳播速度是不一樣的，這就象聲音的傳播一樣，空氣中聲音的傳播速度是340米/秒，在大氣壓高或低聲音的傳播速度是不一樣的，在空氣密度不同聲音的傳播速度也不一樣，在接近天體時(shí)光的傳播介質(zhì)密度高低不同，光傳播速度也是不一樣的。它也受宇宙壓的影響，再就受傳導(dǎo)介質(zhì)運(yùn)動(dòng)的影響。

凝聚星由于巨大的引力，光的傳播介質(zhì)光子在靠近它時(shí)，也被吸引入凝聚星，在吸入過(guò)程中，光子不斷加速，向內(nèi)傳導(dǎo)光線出現(xiàn)加速，波長(zhǎng)增長(zhǎng)，在凝聚星引力范圍向內(nèi)光線的傳導(dǎo)速度是大于光速，進(jìn)人絕對(duì)黑洞后，這時(shí)的光的速度可以大于近兩倍光速。假若是有向外傳導(dǎo)的光線的話，光速是減慢的，波長(zhǎng)縮短。

如圖2所示：左邊的紅箭頭示向凝聚星的光波長(zhǎng)變長(zhǎng)，光速加快。上面的紫箭頭所示假若凝聚星有向外的光線波長(zhǎng)變短，光速變慢。

圖2

二、光的產(chǎn)生與本質(zhì)

我們都知道光是通過(guò)光的傳導(dǎo)介質(zhì)傳導(dǎo)的粒子振動(dòng)波。那么粒子振動(dòng)波是怎樣產(chǎn)生的，粒子振動(dòng)波的性質(zhì)是什么，這是一個(gè)尚未定論，值得探討的問(wèn)題。這要從構(gòu)成物質(zhì)基本粒子說(shuō)起。物質(zhì)是由物質(zhì)晶體組成，物質(zhì)晶體是由分子組成，分子是由原子組成，原子是由原子核及核外電子組成，原子核是由質(zhì)子及中子組成，中子和質(zhì)子是由夸克組成。這每個(gè)層次的粒子都不是靜止的，都在一定范圍內(nèi)做著各自的運(yùn)動(dòng)或者說(shuō)振動(dòng)，也在不斷產(chǎn)生波，并不斷通過(guò)介質(zhì)向周圍傳播，這就是光波。光的強(qiáng)弱度于物質(zhì)具有的能量大小不同決定的，并和能量成正比。所以說(shuō)光波不是一種單純波，是一種綜合波。各種粒子振動(dòng)波的振幅、頻率、振動(dòng)面積都是不同的，傳播的能量及傳導(dǎo)性各不相同，根據(jù)我們掌握的知識(shí)知道，將粒子的振動(dòng)強(qiáng)度排列：電子、質(zhì)子、中子、原子核、原子、分子、夸克，那么說(shuō)前五位的振動(dòng)波是構(gòu)成光波的主要振動(dòng)波，電子是負(fù)電性，質(zhì)子、原子核是正電性，電子、質(zhì)子、中子、原子核、原子又都是磁偶極子，中子、原子是消電粒子，分子是消電消磁粒子，電子的運(yùn)動(dòng)除機(jī)械運(yùn)動(dòng)外，還有負(fù)電場(chǎng)運(yùn)動(dòng)，質(zhì)子、原子核振動(dòng)除機(jī)械運(yùn)動(dòng)外還有正電場(chǎng)運(yùn)動(dòng)，電子、質(zhì)子、中子、原子核、原子的運(yùn)動(dòng)除機(jī)械運(yùn)動(dòng)外還有微磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)，正負(fù)電的分離運(yùn)動(dòng)就產(chǎn)生電波，磁偶極子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生微磁波，消電消磁的分子運(yùn)動(dòng)就只有產(chǎn)生機(jī)械波。電子是運(yùn)動(dòng)速度最快，幅度最大，是產(chǎn)生光的主要粒子，其次質(zhì)子、中子、原子核、原子、分子粒子，電子輸出的能量最高，傳導(dǎo)能力最強(qiáng)，運(yùn)動(dòng)幅度最大，它與原子核的相對(duì)運(yùn)動(dòng)是光的主流波，以機(jī)械運(yùn)動(dòng)為主，還有電場(chǎng)及磁場(chǎng)的微振動(dòng)波，有很多粒子的振動(dòng)波我們尚未探測(cè)到，如夸克的震動(dòng)波，目前我們無(wú)法感覺到，將來(lái)一定會(huì)探測(cè)到的，或者從光波中分離出來(lái)。根據(jù)電和磁的趨近趨遠(yuǎn)法則及優(yōu)勝劣汰法則電子們?cè)谶\(yùn)動(dòng)中逐漸形成了共振，形成了物質(zhì)結(jié)構(gòu)內(nèi)的振動(dòng)波潮，輸出波能并構(gòu)成頻率，能量越高共振性越強(qiáng)，形成了光波的主流波。那么光是以機(jī)械波的形式傳導(dǎo)的電波及磁波及單純的機(jī)械波的混合波。也就是說(shuō)光包含著無(wú)序的微電場(chǎng)及微磁場(chǎng)的振動(dòng)波及粒子質(zhì)量的振動(dòng)波。

三、光和電磁波的異同點(diǎn)

電波是電場(chǎng)運(yùn)動(dòng)及電場(chǎng)強(qiáng)度變化向外傳播的波，磁波是磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)及磁場(chǎng)強(qiáng)度變化向外傳導(dǎo)的波，電磁波是電場(chǎng)和磁場(chǎng)交替運(yùn)動(dòng)或強(qiáng)度變化向外傳出的波。電波及磁波及電磁波都是單純的電或磁、電磁交替變化的波。光是以機(jī)械波的形式傳導(dǎo)的電波及磁波及單純的機(jī)械波的混合波。光波的成份比較復(fù)雜，它的電場(chǎng)電子及原子核正負(fù)交替，強(qiáng)度在按函數(shù)曲線變化的微電場(chǎng)，磁場(chǎng)也是一種振動(dòng)變化的微磁場(chǎng)，它們的運(yùn)動(dòng)又是以機(jī)械運(yùn)動(dòng)的形式向外傳播復(fù)雜的混合波。所以光不是通常意義上的單純的電磁波。

四、光、熱、電、磁、電磁波的關(guān)系

電子、質(zhì)子、中子、原子核、原子、分子、在物質(zhì)內(nèi)無(wú)序的振動(dòng)就是熱，熱傳播到物質(zhì)外就是光。電子、質(zhì)子相對(duì)的分離排列就是呈現(xiàn)電場(chǎng)，電場(chǎng)定向的傳導(dǎo)就是電流，電場(chǎng)傳播到物質(zhì)外就是物質(zhì)周圍電場(chǎng)，電場(chǎng)的波動(dòng)就是電波，磁的偶極子在物質(zhì)內(nèi)有序排列就顯現(xiàn)出磁性，傳播到物質(zhì)外就顯現(xiàn)出磁場(chǎng)，磁性物質(zhì)或者是磁場(chǎng)的振動(dòng)就產(chǎn)生磁波，電場(chǎng)及磁場(chǎng)共同振動(dòng)或者運(yùn)動(dòng)就是電磁波，電場(chǎng)和磁場(chǎng)的共同振動(dòng)波又分有序的和無(wú)序的，有序的就是我們使用的人工制造生產(chǎn)的電波及磁波交替的電磁波，用于通訊傳遞信息。電波和磁波無(wú)序的或者是隨機(jī)的混合是一種普遍存在的電磁輻射波。也就是說(shuō)微電場(chǎng)及磁偶極子無(wú)序的排列振動(dòng)在物質(zhì)內(nèi)是熱，傳導(dǎo)到物質(zhì)外也是光。

五、激光的發(fā)生

光主要是由電子、質(zhì)子、中子、原子核、原子、分子、夸克運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生，最主要是原子的核外電子圍繞原子核旋轉(zhuǎn)形成共振產(chǎn)生，核外電子的運(yùn)行軌道是近似圓形的橢圓軌道，當(dāng)和其頻率相同能構(gòu)成諧振輻射射入，受輻射物質(zhì)海外電子能吸收輻射能量，并且這物質(zhì)的原子的核外電子軌道受其作用易反應(yīng)為橢圓化，形成橢圓軌道的原因就是電子在軌道旋轉(zhuǎn)時(shí)順外來(lái)輻射方向速度是加快的，逆外來(lái)輻射方向時(shí)是速度減緩的，這樣電子運(yùn)動(dòng)的軌道在外來(lái)輻射的方向上軸線加長(zhǎng)形成橢圓，也就是形成共振的橢圓軌道，能量級(jí)別越高越橢圓，我們把這個(gè)橢圓軌道分解成四個(gè)部分：近原子核端叫近核端，遠(yuǎn)原子核端叫遠(yuǎn)核端，電子在遠(yuǎn)離原子核運(yùn)動(dòng)的橢圓軌道的一側(cè)，也就是電子運(yùn)動(dòng)順外來(lái)輻射方向軌道的一側(cè)我們叫它加能、加速側(cè)，也叫加能、加速臂，而電子在靠近原子核運(yùn)動(dòng)的一側(cè)，也就是逆外來(lái)輻射方向的軌道側(cè)，我們叫它減能、減速側(cè)，也叫減能減速臂（這只說(shuō)外來(lái)輻射的作用，原子核的引力作用不再贅述）。外來(lái)輻射使電子在遠(yuǎn)離原子核時(shí)能量增加，速度加快，接近到達(dá)遠(yuǎn)離原子核的點(diǎn)上達(dá)到速度最快，能量最高，在這里電子振動(dòng)波能量最強(qiáng)，運(yùn)動(dòng)具有較強(qiáng)的和電子運(yùn)動(dòng)軌道長(zhǎng)軸方向相同的方向性，通過(guò)介質(zhì)傳導(dǎo)出去的這種振動(dòng)波就是激光，電子在靠近原子核時(shí)是逆外來(lái)輻射方向，電子是速度減慢，能量減低，在到達(dá)近原子核端速度減到最慢，能量最低。也就是說(shuō)外來(lái)輻射的原因，電子在向遠(yuǎn)核點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)是順外來(lái)輻射的方向是加能，速度加快，電子運(yùn)動(dòng)在逆外來(lái)輻射方向相反，這樣電子運(yùn)動(dòng)在橢圓軌道上往返，圍繞原子核運(yùn)動(dòng)時(shí)象是一個(gè)活塞在運(yùn)動(dòng)，形成了一個(gè)單方向性很強(qiáng)，能量很強(qiáng)的電子往返的振動(dòng)波為主的波，這種波通過(guò)介質(zhì)傳遞出去就是激光，所以激光方向性很強(qiáng)，所含能量很高，并且頻率決定顏色。而普通物質(zhì)的結(jié)構(gòu)核外電子的軌道不易橢圓化，原子核外電子的運(yùn)動(dòng)不易形成諧振，所以普通物質(zhì)不易產(chǎn)生激光。

圖3所示：是普通光電子共振的狀態(tài)，1、是電子運(yùn)行的軌道，2、原子核，3、所示電子運(yùn)動(dòng)的方向，4、是原子核外電子。

圖3

圖4所示：是產(chǎn)生激光電子軌道發(fā)生的改變，電子橢圓軌道的左端是電子速度最慢，能量最低。電子橢圓軌道的右端是電子速度最快，能量最高，產(chǎn)生的電子和原子核的相對(duì)運(yùn)動(dòng)波，能量最高，方向性最強(qiáng)，通過(guò)光的介質(zhì)傳播出去就是激光，電子軌道的右側(cè)端，是產(chǎn)生激光端。1、是表示產(chǎn)生激惹的外來(lái)輻射，2、表示是原子核，3、表示電子運(yùn)動(dòng)的方向，并且是順外來(lái)輻射，加速電子遠(yuǎn)離原子核，也就是部分能量對(duì)抗原子核及核外電子的引力，呈加速度、加能狀態(tài)。4、表示電子運(yùn)行的橢圓形軌道，5、表示電子，6、表示是逆外來(lái)輻射，也就是部分能量對(duì)抗原子核及核外電子的引力，是減能減速狀態(tài)，7、是產(chǎn)生的激光束。

圖4

六、宇宙中的波

宇宙中的物體運(yùn)動(dòng)必然產(chǎn)生振動(dòng)波，各種各樣的物體、粒子運(yùn)動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生各種各樣的波，并且大小及強(qiáng)度不同，微小的粒子產(chǎn)生的波是微小的，如光波、電磁波、中微子波，通常一般的物體運(yùn)動(dòng)也會(huì)產(chǎn)生波，如聲波、引力波、斥力波、電及磁力波，星體運(yùn)動(dòng)也會(huì)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)波，尤其大的星體及劇烈的運(yùn)動(dòng)變化會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的波，如引力波、斥力波及磁場(chǎng)波，還有光波及大量的粒子波，還有一些未知波，波是通過(guò)介質(zhì)傳播的動(dòng)能。宇宙中物質(zhì)都在不斷運(yùn)動(dòng)，也不斷的釋放運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的能量波，波是物體通過(guò)介質(zhì)運(yùn)動(dòng)能量的釋放和傳遞。宇宙中任何物體的運(yùn)動(dòng)，都能產(chǎn)生波，太空中好象平靜水面上落下的雨點(diǎn)，水波漣漪，波連波。任何物體都在以不同的方式運(yùn)動(dòng)，都在不斷產(chǎn)生波。需要強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)是波就是物體的振動(dòng)聯(lián)動(dòng)周圍物質(zhì)運(yùn)動(dòng)，并向遠(yuǎn)方傳遞的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)形式，也是能量的一種傳播方式。絕對(duì)真空無(wú)法形成聯(lián)動(dòng)，無(wú)法傳遞波。有波就說(shuō)明有傳遞介質(zhì)（物質(zhì)）存在，并且介質(zhì)必須要達(dá)到一定的密度才可以傳遞波。

七、凝聚星對(duì)光波傳導(dǎo)的影響

光在經(jīng)過(guò)引力巨大的天體時(shí)，由于巨大引力的作用，也就是在負(fù)宇宙場(chǎng)、壓的時(shí)候，光線會(huì)向內(nèi)折彎，如光線經(jīng)過(guò)大的星系，尤其是在光線經(jīng)過(guò)凝聚星時(shí)，巨大的引力，不但能使光線向內(nèi)折彎，而且吸引進(jìn)去不易逃逸，也就是說(shuō)這時(shí)光的傳播介質(zhì)被吸引向內(nèi)移動(dòng)，引起光線向內(nèi)折彎，引力巨大時(shí)宇宙介質(zhì)也會(huì)被吸入凝聚星的星體。

如圖5所示：黑色圓形圖案是表示凝聚星星體，A、B、C三條紅色的線表示三條經(jīng)過(guò)星體引力范圍的光線，A線經(jīng)過(guò)凝聚星星體時(shí)折彎較大被吸入星體，也就是經(jīng)過(guò)了絕對(duì)黑洞的范圍，B線經(jīng)過(guò)星體時(shí)折彎不在人的可視距離，人們不易觀察到，也就是相對(duì)黑洞的范圍，C線經(jīng)過(guò)星體時(shí)進(jìn)入人的可視距離內(nèi)，也就是引力折光區(qū)內(nèi)。

圖5

八、暴發(fā)星對(duì)光波傳導(dǎo)的影響

而光線在經(jīng)過(guò)高于宇宙壓、高輻射斥力場(chǎng)時(shí)光線的傳播介質(zhì)會(huì)向外移動(dòng)，光線經(jīng)過(guò)時(shí)會(huì)向外折彎。尤其經(jīng)過(guò)暴發(fā)星巨大的暴發(fā)力時(shí)，光線會(huì)顯著向外折彎，就是因?yàn)楸┌l(fā)星輻射大量的光子，光波的傳遞介質(zhì)光子向外快速運(yùn)動(dòng)，光線經(jīng)過(guò)時(shí)向外折彎，由于暴發(fā)星的輻射光線的干擾我們不易觀察到，不過(guò)我們?cè)缤頃?huì)觀察到的。

如圖6所示：紅色的圓形圖案表示暴發(fā)星，A、B、C表示三條經(jīng)過(guò)暴發(fā)星的光線，A線距暴發(fā)星近，折彎大，B線距暴發(fā)星較近，折彎較大，C線距暴發(fā)星遠(yuǎn)，折彎較小。

圖6

九、光的曲線傳播

光的直線傳播定律：光在同種均勻介質(zhì)中沿直線傳播。在這里我們要討論的是，介質(zhì)運(yùn)動(dòng)對(duì)光傳導(dǎo)運(yùn)動(dòng)方向的影響，宇宙中任何物質(zhì)都在運(yùn)動(dòng)，波的傳導(dǎo)介質(zhì)也不例外，在做各種運(yùn)動(dòng)，象空氣一樣，小的運(yùn)動(dòng)我們覺察不到，只有大的運(yùn)動(dòng)形成風(fēng)我們才覺察到，空氣的運(yùn)動(dòng)也在影響著聲波的傳導(dǎo)，空氣的運(yùn)動(dòng)方向和聲波的傳導(dǎo)方向構(gòu)成一定的角度，空氣的運(yùn)動(dòng)就會(huì)改變聲波的傳導(dǎo)方向，如空氣的流動(dòng)方向和聲波傳導(dǎo)的方向相同或者相近就直接影響聲音的傳播速度，由于光它傳播的太快，介質(zhì)小的運(yùn)動(dòng)對(duì)它影響極小，我們無(wú)法覺察到，水和空氣的流動(dòng)速度相對(duì)光速是微不足道的，所以無(wú)法看到水和空氣的流動(dòng)引起光線傳播的改變，這就象一個(gè)厚厚的木制桌面用手指壓下去，我們看不到桌面已發(fā)生彎曲，實(shí)際上已經(jīng)有彎曲了，是我們覺察不到而已，只有使加很大的壓力才能看到桌面的彎曲。只有在經(jīng)過(guò)大星體時(shí)我們才看到光線的彎曲，實(shí)際光在傳導(dǎo)過(guò)程中已經(jīng)隨光波的傳播介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，不斷彎曲的。就象我們要游泳橫渡江或渡河一樣，我們使勁向?qū)Π队?，結(jié)果水向下流淌了，我們游泳的行走路線自然就向下游彎曲了。也象我們?cè)谏衬镅刂称滤叫凶?，沙子滑坡了，我們行走的路線也彎曲了。所以光的直線傳播定律應(yīng)更正為：光線是單方向傳播的，在靜止的同種均勻介質(zhì)中沿直線傳播。宇宙中很難有理想的靜止的空間。

如圖7所示：是三條宇宙中的光線。

圖7