叙述哈勃定律的内容和公式(星体两种状态的两组哈勃公式和宇宙中心)

张于∗

独立研究

亮点

• 星体有两个位置，发光的位置和现在实际位置• 两组状态对应两组哈勃值

• 本文推导出星体发光时的哈勃值• 星体越远，发光位置的哈勃值越大• 找到了宇宙中心

摘要

1. 遥远星体有两组状态，发光时的位置和现在实际位置，对应有两组哈勃值，它在不同的位置但有相同的退行速度。

2. 著名的哈勃公式 H =V/D=1/D提供了当前实际位置的哈勃值。

3. 本文推导的哈勃公式对应的星体发光时的位置，这不是否定哈勃定律，是补充与完善哈勃定律，算出过去发光时的哈勃值。

4. 两组哈勃值的倒数对应不同的宇宙年龄，哈勃推导的哈勃值对应现在宇宙年龄，本文推导的哈勃值对应过去星体发光位置的宇宙年龄。 5. 哈勃值及对应的宇宙年龄，本质上是变量，但短期内是常数。 6. 遥远星体的图像揭示过去的状态，理论上，星体越远，宇宙越年轻，哈勃值越大。

7. 宇宙年龄随时间增加而增大，哈勃值随时间增加而变小。

8. 宇宙起源于爆炸，它也必定有一个中心，找到了宇宙中心准确位置。

关键字

宇宙常数，天体测量，哈勃–勒梅特定律，宇宙中心，暗能量

1 引言

天文学充满着矛盾。

1.1 哈勃变量

年龄是一个变量，它的倒数也必定是变量。宇宙年龄是变量，而它的倒数应该称为哈勃变量，如果宇宙年龄增大一倍，哈勃值变成一半。但在天文学，“哈勃变量”变成了哈勃常数。

1.2 计算哈勃时间却忽略星光旅行时间

用各种实验方法计算哈勃值，这不仅揭示宇宙膨胀率，也揭示宇宙年龄。然而，星光旅行时间却被以前的各种方法所忽略，测量哈勃值时忽略了星光旅行到观察者的时间。

1.3 又远又近悖论

一个物体不可能同时在两个地方，这是常识。但在天文学，星体可以又 远又近。最远的星系群 EGS77, 超过 130 亿光年远，无论宇宙是 137 亿岁， 还是 138 亿岁，那时的宇宙肯定少于 10 亿岁，就算宇宙外层以光速逃逸，星系群 EGS77 一定在 10 亿光年内。

1.4 哈勃值的模糊表达

遥远星光花了天文数值时间到达观察者，提供不同宇宙年龄过去的信息。星体发光时的位置肯定与现在实际位置不同了。在地球上也能找到同样的现象，天空飞机发出的声音好像从飞机后面很远的地方传过来。因此，不清楚现在一个哈勃值是对应星体发光的位置还是今天星体实际位置，至今天文界没有明确的表述。

1.5 哈勃定律违背相对论

根据哈勃公式 V=HD，如果距离足够远，退行速度一定会超过光速。

1.6 空间膨胀违背常识

天文学是大尺度的物理学，它必定符合物理、数学和逻辑。然而，只有 在天文学中空间是可以膨胀的。这相当于数学中 2+3=5 可能是错的，因为空间膨胀了，可能是 2+3=7 了。

1.7 宇宙没有中心违背常识

现在普遍对宇宙的描述是，宇宙没有中心，就像球表面没有中心一样。既然是爆炸，就一定有中心，球表面没有中心，但里面有一个中心。

1.8 暗能量违背常识

无论是什么力或相互作用，距离越远，影响越小。然而，天文学上还有另一个例外。反引力或斥力在两个物体间，距离越远，影响越大。如果从地球向深空扔一个物体，它不是越来越慢，与常识相反，而是速度越来越快。这就是暗能量。

1.9 偶极各向异性的世界难题

包括银河系在内的本地星系群相对于宇宙微波背景以大约 600km/s 的速度移动。据美国宇航局官方网站描述，这仍然是无法解释的谜团。

1.10 本文提供一个全面而完美的数学答案

天文学是简洁而优雅的科学。

2 哈勃定律

1929 年，哈勃 (Hubble 1929) 提出哈勃定律。根据哈勃定律，遥远星系的退行速度 V 与距离 D 成正比，其比率为哈勃常数 H，这表明宇宙正在匀 速膨胀。

H=V/D (1)

哈勃值也可这样表示为：

H=1/T (2)

T 表示宇宙年龄。

哈勃值随着时间增大而减少，遥远星体揭示过去宇宙年龄，计算出的哈勃值一定会大些。

3 哈勃定律其他特性

从哈勃定律可以推断出，星体过去发光的位置一定与现在实际位置不同，无论在哪个位置，都有相同的退行速度。

对于较近星体，过去发光的位置与现在实际的位置相差不远。星体越远，这两个位置的差别就越大。

对当前位置的星体, H =V/D=1/T这个哈勃值绝对准确。观察到过去星光的哈勃值等于过去星光发光时宇宙年龄的倒数。

4 不同宇宙年龄关系

当前宇宙年龄 T(now)= 星体发光时的宇宙年龄 T(old)+ 星光到观察者的时间D/C 。

T(now)=T(old)+D/C (3)

根据当前物理知识，对所有观察者，光速是恒定的常数，与参照物无关。星光到观察者的时间是D/C 。

5 星体过去发光时的哈勃值与距离的关系

根据等式 (3)，我们就可以得到星体发光时的宇宙年龄

T(old)=T(now)-D/C (4)

H(old)= 1/[ T(now)-D/C] (5)

过去星体发光时的哈勃值H(old)随着距离D增加而增加。

6 过去星体发光时的哈勃值与退行速度的关系

考虑到多普勒效应引起的红移，可以获得退行速度 V。根据等式 (1)，

D=V/H(old) (6)

根据等式 (2)，(5)，和 (6)，可得如下解：

H(old) =(C+V)/CT=(1+V/C)H(now) (7)

因此，星光发光时的哈勃值 H(old) 随着退行速度的增加而增加。 附近星体退行速度 V 比光速 C小很多，星体发光时过去哈勃值 H(old)几乎等于当今的哈勃值 H(now)。

7 过去发光星体距离 D 与退行速度 V 之间的关系

将等式 (7) 代入等式 (6)，得到如下解：

D=TC*V/(V+C) (8)

8 星体发光时的哈勃值 H(old) 与退行速度 V 和距离 D 关系

根据等式 (2) 和 (5)，得到

H(old)=TC/(TC-D)*C (9)

星体过去发光时的距离为 1，10，20，30，40，50，60 和 68.5 亿光年， 计算其对应的过去的哈勃值 H(old) 和退行速度和现在实际位置。

假设 T = 1.37 × 10^10年, 现在的哈勃值为 H = 71 ±4km/(s ∗ M pc)(WMAP 2003)，取值为 71 km/(s*Mpc), 光速为 C = 3 ×10^5km/s 根据等式 (9) 和 (10) 计算，结果在列表 1 中。

表 1: 距离和哈勃值和退行速度

发 光 距 离 lby	当今 距离 lby	哈 勃 值 km /(s* Mp c)	退行 速度 km/s
0	0	71	0
0.1	0.101	72	2,206
1	10.79	77	23,622
2	2.342	83	51,282
3	3.841	91	84,112
4	5.649	100	123,711
5	7.874	112	172,414
6	10.68	126	233,766
6.85	13.7	142	300,000

9 完善哈勃定律

9.1 星体两种状态的两组哈勃公式

在图 1 中，红点表示星体过去发光时的位置，遵守哈勃定律，哈勃值对应过去。星体越远，宇宙越年轻，哈勃值就越大。黑点表示现在星体当今实际的位置，当然遵守哈勃定律。

图 1: 两组状态的哈勃值

9.2 哈勃定律符合相对论

在图 1 中，所有星体的退行速度都没有超过光速，符合相对论。

9.3 空间是稳定的

在图 1 中，哈勃定律显示空间是稳定的，没有收缩也没有膨胀。在天文学也没有例外。

宇宙大爆炸后，所有物体以各自稳定的速度离开宇宙中心。星体间相互退行，并不是空间膨胀了，而是每个星体以各自稳定的速度正在离开宇宙中心，运动速度与到宇宙中心距离成正比。

9.4 宇宙中心的准确位置

包括银河系在内的本地星系群以相对于宇宙微波背景约 600km/s 的速度向赤经 11.3±0.1h，赤纬 4±2° 方向移动。(Cobe 1993)

测量宇宙中心距离有两种方法，绝对速度 × 宇宙年龄或绝对速度 ÷ 哈

勃值。

D = 600km/s × 1.37 × 10^10y = 2.74 × 10^7（约 3 千万）光年

宇宙中心在 2.74 × 10^7 （约 3 千万）光年远的地方，和本地星系群运动 相反的方向，位于赤经 23.3±0.1 h，赤纬 -4±2° 的方向。

此外，它还解释了宇宙辐射背景的偶极各向异性这一全球性难题。

10 哈勃新公式的应用

Jee et al. (2019) 科学团队应用引力透镜的方法测得哈勃值为 82.4km/(s*Mpc)，基于新公式可以对这种状况分析。 根据等式 (7)，

V = [H(now)/H(old)−1]×C (11)

V=(82.4/71-1) ×3×10^5=48,169km/s.

根据等式(8)，

D=137×48,169/(48,169+300,000)=19亿光年。

宇宙年龄为 118 亿时星体发的光，旅行 19 亿年后被 Jee (2019) 科学团队在宇宙年龄为 137 亿时观察到了。这一发现可以在图 1 中得到验证。

11 完善哈勃公式可以解决天文悖论

11.1 匀速膨胀的宇宙看起来像加速膨胀

观察越远的星体，宇宙越年轻，哈勃值越大，因此，匀速膨胀的宇宙看起来像加速膨胀。(Riess et al., 1998; Perlmutter et al., 1999). 两个科学团队观察到的现象与这研究结果一致。（图 1）

11.1.1 准确描述现象

Riess et al (1998) 科学团队指出，高红移 SNe Ia 的距离平均比预期远10%–15%。测量距离有两种方法：一种是基于 Ia 型超新星，另一种是根据多 普勒效应。多普勒效应测量的距离比 Ia 型超新星测量的距离远 10%–15%。 当两个距离不一致时，该描述不准确。

测量速度的方法只有多普勒效应，如下描述更准确更容易让人理解：

高红移 SNe Ia 的退行速度平均比预期快 10%–15%。

11.1.2 计算 Riess 所测量距离的范围

根据等式 (10)，可得到退行速度：

V=D(light)/[TC-D(light)] × C × T

Ia 超新星实际距离与发光位置距离的比值是：

R(atio)=D(current)/D(light)= D(light)/[TC- D(light)] × C × T÷D(light)=TC/[TC- D(light)]

因此：

D(light)=TC−TC ÷ R(atio)

当比例为 110%，星体发光位置的距离为：

D(light) = 137−137÷110%=12.5亿光年。

当比例为 115%，星体发光位置的距离为：

D(light)=137−137÷115%=17.9亿光年。

11.2 两组哈勃值的完美表达

最遥远的星系团 EGS77 以光速的 0.95 倍速度退行，根据当前的哈勃公式，对应

137×0.95=130.15 亿光年。

即 130.15 亿光年远。根据等式（8）中的修正哈勃公式，当时的实际距离为：

D = TC×V/(V+C)=137×0.95/(0.95+1)=66.74 亿光年远。

注意，距离值是 66.74 亿光年远，而不是 130.15 亿光年远。

因此，准确的描述如下：

看到从 66.74 亿光年远的星系团 EGS77 现在实际已在 130.15 亿光年远了，从 130.15 亿光年远现在发的光将要旅行 130.15 亿光年后才能到达地 球。

图 1 体现了完美表达的相关方面。

12 结论

12.1 星体两种状态的两组哈勃公式

遥远星体有两种状态对应的两组哈勃公式。

哈勃在1929年提出的著名的哈勃公式H=V/D=1/T对应是当前位置的哈勃值。

本文提出的另一组哈勃公式对应的星体发光时过去位置。

12.2 宇宙观

在过去，地心说使用非常复杂的理论解释太阳系中行星逆行运动。日心说认为太阳系中行星有相似的轨道，只是大小不同，简洁轻松解释行星逆行现象。

当前的宇宙模型类似地心说的均轮本轮模型，相关公式非常难以理解而且非常复杂。

同理，如果有正确的宇宙观，我们描述的宇宙公式简洁而优雅，前面提到的许多天文矛盾将不复存在。

12.3 宇宙有一个中心

空间是稳定的，天体相互远离，因为每个天体都以各自的稳定速度远离宇宙中心。宇宙中有一个中心，找到了它的准确位置。

数据可用性

本文的原始数据来源天文和物理的常识，只包括了当前哈勃值、宇宙年龄和光速。其他的数据都来源于两组哈勃公式。鼓励读者自己计算和验证。在研究中产生或分析的所有数据都包含在这篇文章中。

参考文献

Hubble, E., 1929. A relation between distance and radial velocity among extra-galactic nebulae. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 15(3), 168–173. https://doi.org/10.1073/pnas.15.3.168

Jee, I., Suyu, S.H., Komatsu, E., Fassnacht, C.D., et al., 2019. A measurement of the Hubble constant from angular diameter distances to two gravitational lenses. Science. 365(6458), 1134–1138.https://doi.org/10.1126/science.aat7371

Perlmutter, S., Aldering, G., Goldhaber, G., et al., 1999. Measurements of omega and lambda from 42 high redshift supernovae. ApJ. 517(2),565–586.

https://doi.org/10.1086/307221

Riess, A.G., Filippenko, A.V., Challis, P., et al., 1998. Observational evidence from supernovae for an accelerating universe and a cosmological constant. AJ. 116(3), 1009–1038.

https://iopscience.iop.org/article/10.1086/300499

后记

作品登记证

已取得著作权，转载必须指明出处。

前期稿件已录入爱思唯尔(Elsevier)预印版

https://papers.ssrn.com/sol3/papers.cfm?abstract_id=4215050

原计划发表两篇文章，现在合并成一篇。

文章的观点简洁且符合常识，“宇宙没有中心”和“空间是膨胀的”这些违反常识的观念已深入天文学家骨髓，就像当年十六、七世纪地心说占统治地位一样，极力反对日心说。作者在现代社会的好处是不会像布鲁诺(Bruno)那样被烧死。很多天文杂志编辑倾向发表这文章，但被天文同行评审否决了。一群天文学家自娱自乐组成小圈子，闭门开会讨论天文大厦上再加瓦片，突然一个野蛮人踢开门，大叫“天文大厦地基不稳，快要倒了！”一个科学问题马上变成了一个天文政治问题。这也许是第二次孟德尔(Mendel)事件，行业外的人发现了真理，让真理短暂贬值。

科学探索就像警察破案，本文提供了一些新线索，如果你是警察会采纳码？

写此后记，让读者多一个角度看世界，心情轻松一下。