“宇宙空间全景图”
——“封闭空间”与“哈勃常数”
杨明昆 王严学 杨昭国
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1.“引力”、“质量”与“空间弯曲”
爱因斯坦的广义相对论认为，由于有物质的存在，空间和时间会发生弯曲，而引力场实际上是一个弯曲的时空。［1］
在广义相对论中，引力被描述为时空的一种几何属性（曲率）。［2］
图1 “引力”是一种“空间弯曲”
因为，万有引力源于“质量”，“引力场”对应的“空间弯曲”，本质是来说，是“质量”对应着“空间弯曲”——“质量弯曲空间”！
2.“空间维度”与“空间封闭”
2.1“第二维度”对“一维空间”的“封闭”
一维空间里，有一对主要方向：左右。
如果在一维直线之外，有一个“质量中心”P0，到直线的距离为R，那么这个一维空间——直线就会向P0发生“弯曲”。
假设这个质点P0的质量m足够大，达到了满足R=2Gm/c2（G为引力常量，c为光速），那么，这时的质量m就将“一维直线”“弯曲”成了“圆”：“封闭的一维空间”——称为“第二维度”对“一维空间”的“封闭”，R为质点P0的史瓦西半径，从而形成一个“二维空间”——“圆面”。
图2 “第二维度”对“一维空间”的“封闭”
这时，在“一维空间”——“圆”上的“物质”，都应该是以“光速”运动的。
上述的“圆”和“第二维度”，就构成了一个“二维空间”——“圆面”。这个“圆”称为“二维空间”——“圆面”的“视界”。
2.2“第三维度”对“二维空间”的“封闭”
二维空间里，有两对主要方向：左右、上下。这两对方向是正交的。从数学方面讲，它们在两条不同的坐标轴x、y上。
如果在二维空间——平面之外，有一个“质量中心”P0，到平面的距离为R，那么这个二维空间——平面就会向P0发生“弯曲”。
假设R正好是这个质点P0的史瓦西半径，那么，这时的质量m就将“二维平面”“弯曲”成了“球面”：“封闭的二维空间”——称为“第三维度”对“二维空间”的“封闭”，形成了一个“三维空间”——“球体”。
图3 “第三维度”对“二维空间”的“封闭”
这时，在“二维空间”——“球面”上的“物质”，也都应该是以“光速”运动的。
上述的“球面”和“第三维度”，就构成了一个“三维空间”——“球体”。这个“球面”称为“三维空间”——“球体”的“视界”。
2.3“第四维度”对“三维维空间”的“封闭”
三维空间里，有三对主要方向：上下（高度），南北（纬度），东西（经度）。这三对方向两两正交，也就是说，它们两两成直角。从数学方面讲，它们在三条不同的坐标轴x、y、z上。
同样地，如果在三维空间——“球体”之外，有一个“质量中心”P0，到“球体”的距离为R，那么这个三维空间——“球体”就会向P0发生“弯曲”。
假设R正好是这个质点P0的史瓦西半径，那么，这时的质量m就将“球”“弯曲”成了“三维球面”：“封闭的三维空间”——称为“第四维度”对“三维空间”的“封闭”，形成一个“四维空间”——“球柱体”（球体为“盖”的柱体）。［3］［4］
图4 “第四维度”对“三维维空间”的“封闭”
这时，在“三维空间”——“三维球面”上的“物质”，也都应该是以“光速”运动的。
上述的“三维球面”和“第四维度”，就构成了一个“四维空间”——“球柱体”。这个“三维球面”称为“三维空间”——“球柱体”的“视界”。
纯空间性的四维空间另有一对垂直于其他三个主要方向的主要方向。这一对方向处在另一条同时垂直于x、y、z轴的坐标轴上，通常称作w轴。这些额外的方向处于（实际上是垂直于）我们所能观察到的三维世界中的方向之外。［3］［4］
3.“哈勃常数” ［5］［6］
哈勃常数，也称哈勃定律。在物理宇宙学里，哈勃定律表明，来自遥远星系光线的红移与它们的距离成正比。以方程表示V=H0D；其中，V是由红移现象测得的星系远离速率，HO是哈勃常数，D是星系与观察者之间的距离。
3.1“平面上的‘哈勃常数’”
在平面上，若设从O1点出发的质点P，在O1P方向上的速度分量大小为v，另有一质点B，是从O1点与质点P同时出发的，其运动速度v2在O1P方向上的分量大小也是v——“同点同时、同向同速”，并设质点B在质点P“视向”上的速度分量的大小为v1，即质点B相对O1点的运动速度（大小为v2），可以分解为在O1P方向上的分量（大小为v）与在质点P“视向”上的速度分量（大小为v1），则有v/r=v1/BP。令BP=D，v1/D=H0，因此有H0=v1/D=v1/BP=v/r。
图5 “平面上的‘哈勃常数’”
3.2“球面上的‘哈勃常数’”
3.2.1“测地线” ［7］
在大地测量学（测量地球的尺寸和形状的科学）中，测地线是连接地球表面两点的最短距离。近似地，这条线是一个大圆上的弧，比如经线和赤道。这些路径显然不是直的，因为它们沿着地球的弯曲的表面延伸。
测地线的性质和直线是不一样的。例如，在平面中，平行线没有交点，但是地球表面的测地线却有交点——在赤道处平行的经线在极点处相交。
图6
图7
3.2.2“球面上的‘哈勃常数’”
在球面上，若设从O1点（称为“极点”）出发的质点P，在O1P方向上沿“测地线”的速度分量大小为v，另有一任意质点B，是从O1点与质点P同时出发的，其运动速度沿“测地线”方向上的分量大小也是v——“同点同时、同向同速”，并设质点B在质点P“视向”上的速度分量的大小为v1，则有v/弧O1P=v1/弧BP。令弧BP=D，v1/D=H0，因此有H0=v1/D=v1/弧BP=v/弧O1P（弧：系大圆上的弧）。
图8 “球面上的‘哈勃常数’”
4.“三维球面”上的“哈勃常数”
我们生活的“空间”就是一个“三维空间”。
这个我们生活的“三维空间”，如果受到来自“第四维度”的引力影响，也可以被“第四维度”“封闭”，形成一个“四维空间”——“球柱体”。
那么，我们有可能在这个“三维球面”——“球柱体”的“视界”之中吗？
4.1“奇点”讨论
4.1.1“能量奇点”
“奇点”内有“光子能量”，或者说，“光子能量”是“奇点物质”。“奇点”应该称为“能量奇点”。［8］
因此，“奇点”可以以光速运动。
4.1.2“同点同时”
我们的“宇宙”起源于一次“奇点”“大爆炸”。［9］［10］
在100-200亿年之前，宇宙生之于一次“大爆炸”，物质都由爆炸中创生。［10］
图9
所以，可以说我们的“宇宙”的所有“物质”都是“同点同时”开始运动的——“同点”：“奇点”，“同时”：“大爆炸”。
4.1.3“同向同速”
整个“奇点”原来以光速运动的，其“大爆炸”后产生的所有物质，将仍然保留在“同一方向”上的“光速分量”。
图10
4.2“三维球面”上的“哈勃常数”
综上所述，我们现在所在的“空间”——“三维空间”——“三维球面”，满足“同点同时、同向同速”的条件，所以产生了“哈勃常数效应”：“红移现象”。
但是，这只是暂时的。
因为宇宙是“有限无界”的“球柱体”：体积V=2π2R3、大小L=(2+2π)R（π为圆周率）。［11］
图11 “球柱体”示意图
经讨论，“宇宙的大小”L≈365.9亿光年［9］，现在宇宙的年龄约为137亿光年，当宇宙年龄超过L/2≈183亿光年的时候，就会越来越显现：“蓝移现象”。
5.“宇宙空间全景”
全部的宇宙空间是一个“圆柱状空间”——以“三维球面”为边界的“球柱体”：“底面半径为Rs、高为2πRs（π为圆周率、Rs为“第四维度中心质量的史瓦西半径)的圆柱体”。
图12 “宇宙空间全景”示意图
根据“宇宙空间全景”，可以有以下推论：
①“三维球面”上是“各向同性”的。
②“宇宙有固定的形状和体积”。不是“宇宙膨胀或收缩”，而是“物质扩散或聚集”。
③“不见”“暗能量”、“没有暗物质”。“暗能量”只是“第四维度的引力效应”，并不是我们在“三维球面”内，可以“找到”的“实体物质”——是“不可见的”。“球柱体”围绕其“对称轴”“自转” ［5］，“三维球面”上的“物质（天体）”也会受到“科里奥利力”——“不是在惯性系中真实存在的力，而是惯性作用在非惯性系内的体现的影响”：产生“暗物质效应”。因此，可以说“暗物质”是“不存在的”、“没有的”。
④星系在一半球顺时针旋转而在另一半球逆时针旋转。
⑤“哈勃常数”由大变小，还将变为“负值”（发生“蓝移”）。
⑥解释质能公式。因为我们在“视界”上，所以质量为m的物体总能量E=mgh+mc2/2。又有h为中心质量M的史瓦西半径R即h=R，c为光速，R=2GM/c2,g=GM/R2,因此有：E=mgh+mc2/2=mc2即E=mc2。是否可以说“相对论”就是“‘视界’上的牛顿经典物理”。
⑦产生“相对论因子”。由于光速c是最大速度，而“大爆炸”中产生“物质”的“同向同速”的“速度分量”就是“光速”，因此“视向速度”v1应该是光速c的一个分量，这一点可能是相对论因子√1-(v1/c)2产生的“根源”。
图13 “相对论因子”的“根源”
参考资料:
［1］《阿尔伯特·爱因斯坦》百度百科
［2］《引力》维基百科
［3］《四维空间》维基百科
［4］《三维球面》维基百科
［5］《哈勃常数》百度百科
［6］《哈勃定律》维基百科
［7］《广义相对论入门》维基百科
［8］《“奇点物质”讨论》
［9］《宇宙奇点》百度百科
［10］《大爆炸》百度百科
［11］《“宇宙的形状、大小、体积”再讨论》
［12］相关资料请参考《“引力场”与“空间场”》
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