宇宙膨脹和能量守恒問題——關于變化中的相對質量及連帶性能量保留

周萬連

中國地震臺網中心，北京 100022

0 引言

能量守恒似乎是不爭事實，但宇宙的膨脹現象卻是能量守恒所無法解釋的。按照能量守恒，宇宙一部分膨脹，另一部分收縮，永遠保持平衡。但觀測事實卻證明，宇宙總體都在膨脹，膨脹的宇宙帶來能量守恒不可解釋的問題，宇宙增加的能量從何而來，能量還守恒嗎？

1 變化中的相對質量及連帶性能量保留

傳統理論認為，光子是沒有靜止質量的，但是，如果光子沒有靜止質量就談不上運動質量及能量，世間萬物不可能存在沒有質量的物質，因此若解釋宇宙膨脹問題，首先要承認光子是有靜止質量的。下面我們就假定光子是有靜止質量，并結合愛因斯坦質量方程

1）在靜止質量m0 不變的情況下，運動速度v 越快，其相對質量m 越大；

2）欲保持相對質量m 不變，只有減少靜止質量m0 同時增加速度v。

我們知道，電子受高能光子照射后，接受了一個正值能量，因此它的頻率會增高，自轉會加快，相對質量會增大，從而進入激發態。只是此時靜止質量還保持原值（這是因為電子只接受了外來能量，而入射光子則被反射①，即入射光子與電子并非完全非彈性碰撞，雙方只能是能量互導、頻率互導。），這符合質量方程第一種解釋。繼爾，電子會自發地發射一顆光子將這正值能量帶走，一進一出能量守恒。

但是，仔細研究會發現，在電子發射光子后，，其相對質量值m 會暫時降到受激發前的狀態，這是因為靜止質量m0 減少了，但緊接著因其發射光子后，半徑縮短了，根據角動量守恒原理，其自轉速度v 肯定又會提高，因此，它的相對質量m又會有微小的上升，這是不容忽視的。這符合質量方程解釋之二。對此，我們稱之為“連帶性能量保留”。用質量方程直觀的表示就是：

可以類推，電子受高能光子激發一次，相對質量增加一次。

如果電子接受低頻光子的激發，它也產生連帶性能量保留。具體情況是，它接受了一份負值能量，產生躍遷，然后它將自發發射一顆光子將這負值能量帶走，此刻它的能量必減少這個負能量值，而靜止質量也在此刻減少一個正值，但因靜止質量的減少同樣會帶來自轉速度的加快，其相對質量比減少一個負能量值時肯定會有微小增加，因此它并沒有遵守能量交換原則，經過這連帶性的過程，它產生了連帶性能量保留。

現在再換個角度演示連帶性能量保留的存在。如電子間發生碰撞，那麼，一方面電子軌道平面的傾角會改變（限于篇幅暫不討論），另一方面，電子本身必受到壓縮，這必有利于電子自轉的加速，雖然電子在運動方向上受阻，但其自轉卻在加強（這有益于碰撞雙方），相對質量上升，因而其發射的光子頻率必升高，摩擦生熱正是這個道理。如果我們不承認有連帶性能量保留的存在，那么，當我們以同一力度、同一速度進行摩擦，摩擦雙方的溫度總應保持在一個穩定的水平，因為摩擦時電子受激發而發射的光子的頻率是恒定的。由此可見，連帶性能量保留是客觀存在的。

再看一個事實.由于連帶性能量保留的存在，可以設想電子軌道也在擴大，因此宇宙在不斷膨脹，星球也在膨脹，其體積在不斷變大，自轉在減慢.例如，六億年前，地球上的一天為20 小時，四億年前為21.5 小時，二億年前為23 小時，由此可見，地球在膨脹，自轉在減慢.但是，地球也有收縮的時候，當其膨脹后，內部壓力將變小，原子間的連帶性能量保留將下降，地球又將收縮.星球就是在這種膨脹收縮中變大的.

另外，我們知道，地球在春季自轉較慢，而在秋季則較快，這是因為北半球的冬季正是地球軌道的近日點，因此，受太陽一冬近距離的照射，地球上產生的連帶性能量保留大些，地球因此膨脹，所以，在春季地球自轉較慢.而北半球的夏季是地球軌道的遠日點，正與冬季相反，地球收縮，因而到秋季地球轉速快些.

這里再提出一個猜想。氫原子光譜或白熾體的“紅移”現象可能與連帶性能量保留有關，例如，當物體被連續加熱時，溫度越高，物體所輻射的光譜線越向紫端移動 ，這表明連帶性能量保留可使電子以指數函數躍遷，不過其指數變化的幅度是極其微小的，可能小于1。00000001，它同時告訴我們，電子的基態軌道可能在變大。

從上面演示可以看出，電子或質子由于連帶性能量保留的存在，頻率、能量不斷攀升，整個宇宙的引力也在變大，如果這一假設成立，那么，關于宇宙膨脹的問題就迎刃而解了。即從能量交換和電子運動的全過程中可以發現，能量不守恒，宇宙的膨脹是一種虛內能的增加。隨著連帶性能量保留的不斷繼續和時間的推移，電子的半徑將不斷縮短，而自轉頻率將不斷增高，當超過某一臨界點時，宇宙將開始坍縮。

2 提供二個試驗方法

1）取一“穩定”光源，利用光電效應，在一段時間內，記錄下入射光的頻率前后有何不同，再記錄下電子逸出功隨時間增長有何變化，如果電子逸出功隨時間延長而增高，則說明入射光子頻率在隨時間而增高，說明光源內部有連帶性能量保留現象的發生。因此也間接證明了光子有靜止質量；

2）或者，建立一充分大密閉的恒溫裝置，將溫度設定在某一溫度，比如20℃，再將一不太大的、溫度假定在10℃的被測物體放入此恒溫裝置內，注意觀察并記錄被測物體的溫度由10℃上升到20℃所用的時間。然后，再做一次，這次是將20℃的被測物體放入溫度為10℃的恒溫裝置內，注意觀察并記錄被測物體的溫度由20℃降到10℃所用的時間，比較這兩次實驗，如果被測物體升溫比降溫所用的時間短，則證明有連帶性能量保留現象的存在。因為如果物體接受低頻光子的能量時，由于有連帶性能量保留的存在，它降溫要困難一些。在實驗時，應考慮被測物體在升溫時可能升不到20℃，而在降溫時也可能降不到10 度，這是因為恒溫裝置內增加了被測物體的緣故，因此，可將恒溫裝置做得充分大，以保證被測物體的溫度達到恒溫裝置的溫度。

注釋：

①這大概就是暗能量的來源.

[1][德]H.V.迪特富特著.鄭嘉tong，申小大，常克強，編譯.宇宙星體漫談：84，79.