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数与点的趣味：某一时刻光的认识 解析天文学网络公开课第22讲 周坚/2015年3月10日 在上一讲中，我们借助天文数轴进一步认识了光源。在天文数轴上，光源就是一个“0”，也是一个“点”，它既是一个自身发光的物体，又是一个自身发光的星体，这种“0”与“点”的一一对应，已经让我们发现自身发光物体或星体的直观形象的表示方法。在这一讲中，我们继续拓展这种解析法，借助图22.1，让我们在天文数轴上来认识某一时刻光。
我们知道，光就是指从那些能够自身发出光的物体所辐射出来具有一定波长范围的电磁波，而这些电磁波包括可见光，还有那些紫外线、红外线、X光线等等的不可见光。 在通常情况下，光指的就是发光物体所发出的可见光，就像燃烧着的蜡烛，通电的电灯等发光物体所发出的可见光。同样道理，我们赖以生存的的太阳，还有夜空中的星星，它们都是自身能够发光的星体，这些星体所发出的可见光，这同样就我们所说的光。 就光的本身来说，我们司空见惯了，并不觉得有什么趣味性。由于光速是一个定义值，它在真空中的传播速度就是每秒30万千米（精确值就是299 792.458千米/秒），因此我们可以将0秒那一时刻的光定义为0秒时刻光，就像汽车出发前那一时刻瞬间的汽车状态一样，将传播了1秒时刻的光定义为1秒时刻光，就像汽车出发1秒后那一时刻瞬间的汽车状态一样，依此类推，将传播了1年时刻的光定义为1年时刻光，将传播了1亿年时刻的光定义为1亿年时刻光，依此类推。 好像这并没有什么趣味可言，但当我们将某一时刻光看成是一个“点”， 它的趣味性就来了。趣味在哪里呢？趣味就在于来自光源的光传播竟然是这些无数个某一时刻光的光“点”按传播的先后次序排列而构成的直线，而天文数轴就是这个传播直线的真实反映。举例来说，在图22.1中，天文数轴上的点“A”和“A＇”就是从光源发出的光传播了50亿年那一时刻的光所在“点”， 点“B”和“B＇”就是从光源发出的光传播了100亿年那一时刻的光所在“点”， 点“C”和“C＇”就是从光源发出的光传播了137.72亿年那一时刻的光所在“点”。真实有趣啊！那我们看到的太阳光是什么时刻光呢？正确答案是499秒时刻光，大约是8分钟时刻光，是大约8分钟前从太阳发出的光。 现在，我们就来看看某一时刻光在天文数轴上显示数与点的如下趣味之处： ①某一时刻光在天文数轴上就是一个“数”，这是它的数学意义。 ②某一时刻光在天文数轴上就是一个“点”，这是它的解析意义。 ③某一时刻光在天文数轴上就是一个来自光源传播到某一时刻的光，这是它的物理学意义。如图22.1中的“A”点和“A＇”点所表达的就是50亿年时刻光，就是来自光源传播了50亿年那一时刻的光，而“B”点和“B＇”点所表达的就是100亿年时刻光，就是来自光源传播了100亿年那一时刻的光，“C”点和“C＇”点所表达的就是137.72亿年时刻光，就是来自光源传播了137.72亿年那一时刻的光。 ④某一时刻光就是来自自身发光星体传播到某一时刻的光，这是它的天文学意义。如图22.1中的“A”点和“A＇”点所表达的就是50亿年时刻光，就是来自自身发光星体传播了50亿年那一时刻的光，而“B”点和“B＇”点所表达的就是100亿年时刻光，就是来自自身发光星体传播了100亿年那一时刻的光，“C”点和“C＇”点所表达的就是137.72亿年时刻光，就是来自自身发光星体传播了137.72亿年那一时刻的光。 趣味之处还不止这些，比如50亿年时刻光，它不仅表达了来自光源传播了50亿年那一时刻的光，而且还对应表达了这一时刻光所传播的距离模数是42.889892，甚至还对应表达了这一时刻光的红移是0.569997；又比如100亿年时刻光，它不仅表达了来自光源传播了100亿年那一时刻的光，而且还对应表达了这一时刻光所传播的距离模数是46.357254，甚至还对应表达了这一时刻光的红移是2.651127；再比如137.72亿年时刻光，它不仅表达了来自光源传播了137.72亿年那一时刻的光，而且还对应表达了这一时刻光的光传播距离模数是48.533，甚至还对应表达了这一时刻光的红移是无穷大（∞）。 注意：这里所表达的红移是光在传播过程中的波长随传播距离的增大有规律向红端发生自然位移现象，称之为周坚效应所产生的周坚红移，这是解析天文学定义的红移，而在大爆炸宇宙学中，这种红移被定义为宇宙学红移，认为是宇宙大爆炸产生的空间膨胀将光的传输波长拉伸的结果。 有趣吧，就是这么一个某一时刻光的概念引入，在天文数轴上就同时出现了它的数学意义、解析学意义、物理学意义和天文学意义，它们通过解析法可以相互解释，在这里解析法酷似一座“桥梁”，在“数”和“点”一一对应的基础上，竟然同样在数学、物理学和天文学这三门基础学科之间担负起“翻译”官了。 看！多么有趣啊,将数学中的“数”与“点”一一对应，而这个“点”就是从光源发出并传播到某一时刻的光，称之为某一时刻光，而这个数学中的“数”就是包括太阳、恒星、星系、星系团，以及我们日常生活中常见的燃烧着的蜡烛、通电的电灯等等自身发光物体或星体的光源，所发出的光在传播到某一时刻的物理特征或天文特征。 在天文学中，“数”与“点”一一对应，光（电磁辐射）传播的物理特征和天文特征与“点”的一一对应，为我们开辟了一条崭新的天文学之路，那就是解析天文学！解析天文学！！解析天文学！！！试想一下，解析天文学的应用将会为我们带来什么，就像解析几何学为我们带来对几何的新认识一样，让我们……。
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