1. 引言

现代宇宙学认为宇宙红移(实际上就是频率衰减，波长增加)、超大红移(Z在6到8，甚至更大)现象是由多谱勒效应产生，并推理出宇宙膨胀、加速膨胀、超光速膨胀、宇宙大爆炸结论 [1] - [10] 。

现代物理学 [11] [12] [13] [14] 、电磁学 [15] [16] [17] [18] 、通信学 [19] - [32] 、天文学 [33] - [41] 、声学 [42] [43] [44] 、光学 [45] [46] 和电学 [47] [48] 等学科都认为：在目前测量、技术实验手段下，机械波、电磁波以及声波、光波在传播过程中，振幅一定会衰减，但是其频率不变。陈寿元效应 [49] - [62] ：频率与振幅一样，都是波能量因子。在其传播过程中，波能量损失，既可以导致振幅衰减，也可以导致频率衰减。并通过精密实验测量到频率衰减。本文试图用陈寿元效应对宇宙大爆炸论的依据观测结果进行更合理的解释，并对大爆炸理论进行有科学依据 [63] [64] [65] [66] [67] 的批判，对其真实性进行科学的否定。

2. 宇宙大爆炸论的天文观测依据

1929年，哈勃利用当时全世界口径最大的光学望远镜(口径：2.54米)，测量到河外遥远星系，发来的光，其谱线有向红的一点移动的现象(就是频率降低)，不认为是一个全新的物理规律。沿用1846年多普勒发现的效应，波源移动，引起波长变化，用其解释测量现象，得到星系后退，后退速度与星系距离成比例的关系式，被称为哈勃定律。

1964年，彭齐亚斯和威尔逊在巨型号角天线上，测量到2.7的微波背景辐射，被定义为是宇宙大爆炸的余辉，获得1978诺贝尔物理奖；1989年11月，约翰·马瑟、乔治·斯穆特主持升空COBE卫星，测量到符合温度为2.726 K的黑体辐射谱的背景辐射，再一次认定为大爆炸余辉，并获得2006诺贝尔物理奖。

宇宙物质的丰度、宇宙年龄、宇宙大爆炸理论都形成理论体系。

1999年，索尔·波尔穆特、布莱恩·施密特和亚当·里斯研究超新星，发现亮度衰减更快、红移更大，推理出宇宙加速膨胀的结论，并获得2011诺贝尔物理奖。

3. 陈寿元效应

3.1. 定义

机械波、电磁波在传播过程中，存在扩散、色散、损耗等现象，导致波能量密度随传播距离而衰减。因为振幅、频率都是波能量因子，波能量衰减既可以导致波振幅衰减，也可以导致波频率衰减。频率衰减使得波长增加，产生红移。宇宙红移是光波频率随传播距离而衰减，也就是波长增加，并非多普勒效应所致。因此星系不用后退，宇宙不用爆炸。波频率随传播距离而衰减的规律，简称为陈寿元效应。

3.2. 陈寿元效应的理论论述

波在传播过程都要损耗能量，随传播距离增加，能量得不到补给，自身能量就会衰减，其波能量因子振幅、频率随传播距离也会减小。光波或电磁波在太空传播过程中，光波能量损耗使其在有限距离内传播。波能量耗散方式主要有：1) 波能量扩散——占据更大的空间，波能量强度降低；2) 能量色散——占据更长的时间段，单位时间内的能量强度降低；3) 能量损耗——传播过程的外界引起的各种损耗，波能量强度降低。

用能位函数来描述能量耗散现象，即在波的传播过程中，随着能量耗散，表现在位能函数随传播时间是降低的，随传播空间是衰减的。

波动从A处传送到B处，损失振动能量，使能位函数能量降低。假定：1个单位质量的质点，振动具有的振动能量，称为振动能量位函数，简称振动能位函数。A处振动能位函数用 ${\varnothing }_A$表示，B处振动能位函数用 ${\varnothing }_B$表示，则有

${\varnothing }_B-{\varnothing }_A=-E\left(B-A\right)$(1)

(1)式中：E——能场强度，克服能量耗散而做功。波动从A点传递到B点的必要条件： ${\varnothing }_A>{\varnothing }_B.$

A点的能场强度 $E_A$：

$E_A=-\underset{B\to A}{\lim }\left(\frac{{\varnothing }_B-{\varnothing }_A}{B-A}\right)$(2)

波源的振动能位函数

能位函数：Q能量荷(具有能量为Q，不占用空间，为理想的点)在坐标系 $r^{\prime }$，在场点r产生能位函数：

$\varnothing \left(r\right)=\frac{Q}{4\in \text{π}\left(r-r^{\prime }\right)}$(3)

式中： $\in$——媒质的介能常数， ${\in }_0$——真空介能常数。

E——能场强度：可用能位函数的负梯度来表示：

$E=-\nabla \varnothing$(4)

3.2.1. 质点的无阻尼自由振动

如果能荷Q由质点的无阻尼自有振动产生，沿Y轴方向振动，符合余弦方式：

$y=A\cos \left(\omega t+\theta \right)$(5)

式中：A——为振幅； $\omega$——振动角速度。

质点振动的速度：

$u=\frac{\text{d}y}{\text{d}t}=-A\omega \sin \left(\omega t+\theta \right)$(6)

质点振动的加速度：

$\alpha =\frac{{\text{d}}^{2}x}{\text{d}{t}^2}=-{\omega }^{2}A\cos \left(\omega t+\theta \right)$(7)

质点的振动能：

$E_k=\frac{1}{2}m{\upsilon }^2=\frac{1}{2}m{A}^2{\omega }^2{\sin }^2\left(\omega t+\theta \right)$(8)

单位质点的振动能称为振动能位函数：

${\varnothing }_k=\frac{E_K}{m}=\frac{1}{2}{\omega }^2{A}^2{\sin }^2\left(\omega t+\theta \right)$(9)

(8)和(9)式表明质点的振动能 $E_K$、振动能位函数与振动的频率平方成正比。

3.2.2. 振荡电偶极子产生的电磁波能

振荡电偶极矩：

$p=gL=gl\cos \omega t$(10)

在远处产生的电场、磁场：

$E_{\theta }=\frac{1}{4\text{π}{\epsilon }_0}\frac{P_0{\omega }^2\sin \theta }{C^{2}r}\cos \left(\omega t-kr\right)$(11)

$B_{\text{op}}=\frac{{\mu }_0}{4\text{π}}\frac{P_0{\omega }^2\sin \theta }{Cr}\cos \left(\omega t-kr\right)$(12)

(11)、(12)式表明，振荡电偶极子在远处产生电场、磁场强度与振荡频率平方成正比。

能流密度：坡印廷矢量S

$S=E\times H=\frac{P_0^2{\omega }^4{\sin }^2\theta }{16{\text{π}}^2{\epsilon }_0{C}^3{r}^2}{\left(\cos \left(\omega t-kr\right)\right)}^2$(13)

(13)式表明电偶极子辐射电磁波的能流密度与偶极子振荡频率四次方成正比。

3.2.3. 波动的能位函数

波动是振动状态的传播，相位传播。振源的能量以波速向外传递。假定介质中每个质量元彼此通过弹性力相联系，沿Y轴方向振动，沿X轴向传播。

波函数的一般表达式：

$Y\left(x,t\right)=A\left(x\right)\cos \left(\omega \left(x\right)t-kx\right)$(14)

(14)式中：A(x)——波的振幅，通常随传播距离而衰减，是X的函数。 $\omega \left(x\right)$角速度，目前认为它不随传播距离变化，是不变量。但是前面的分析，振源能量与频率平方成正比。能量是要消耗，扩散、色散。能量在空间上的散开，表现占用更大面积或更大的体积空间，使波长变长。在时域上，能量散开意味着占用更多的时间段，使振动的周期有延长的趋势。

波函数中每个质点沿Y方向振动的速度：

${\upsilon }_y=\frac{\partial Y\left(x,t\right)}{\partial t}=-A\left(X\right)\omega \left(X\right)\sin \left(\omega t-kx\right)$(15)

波动函数的能位函数 ${\text{op}}_y\left(x,t\right)$：

${\text{op}}_y\left(x,t\right)=\frac{1}{2}{\upsilon }_y^2=\frac{1}{2}{A}^2\left(x\right){\omega }^2\left(x\right){\left(\sin \left(\omega t-kx\right)\right)}^2$(16)

(16)式表明波动的能位函数与波动的频率平方成正比。

在一个波长范围内对 ${\text{op}}_y\left(x,t\right)$取均值，因为 $A\left(x\right),\omega \left(x\right)$在一个波长范围内变化很小，认为是暂稳态值。均值只是对 ${\sin }^2\left(\omega \left(x\right)t-kx\right)$进行，波动能位函数 ${\text{op}}_y\left(x,t\right)$的均值为：

$\text{op}\left(x\right)=\frac{1}{4}{A}^2\left(x\right){\omega }^2\left(x\right)$(17)

考虑到波振动的是能部分，是能部分与动能相等，能位函数是波动能的2倍。

假定波函数在信道媒质内传播的功率与能位函数成正比。在一般的条件下，功率P随传播距离X变化，可用下式表示

$\frac{\text{d}p}{\text{d}x}=-\alpha p$

$p\left(x\right)=p\left(0\right){\text{e}}^{-\alpha x}$(18)

式中，α是损耗系数，p(0)为信道入射端x = 0处，入射功率，p(x)为信道X处输出功率。

根据上面的假定，波函数在信道里传输，其能位函数受损耗的影响而衰减，设长度为X信道媒质，

入射端x₀振动能位函数，根据式(18)式，输出端x振动能位函数

$\frac{\text{dop}}{\text{d}x}=-\alpha \text{op}$

$\text{op}\left(x\right)=\text{op}\left(0\right){\text{e}}^{-\alpha x}$(19)

把(17)式带入(19)式，得：

$A^2\left(x\right){\omega }^2\left(x\right)=A^2\left(0\right){\omega }^2\left(0\right){\text{e}}^{-\alpha x}$(20)

对(20)式两边开方，得：

$A\left(x\right)\omega \left(x\right)=A\left(0\right)\omega \left(0\right){\text{e}}^{-\frac{1}{2}\alpha x}$(21)

对(21)式进行讨论：

1) 若信号传输过程中，频率不变，即：

$\omega \left(x\right)=\omega (0)$

则有： $A\left(x\right)=A\left(0\right){\text{e}}^{-\frac{1}{2}\alpha x}$(22)

波函数： $Y\left(x,t\right)=A\left(x\right)\cos \left(\omega \left(x\right)t-kx\right).$

的振幅A(x)随距离x按(22)式衰减。雷同于调幅广播。

2) 若信号传输过程中，振幅保持不变，即：

$A\left(x\right)=A(0)$

则有： $\omega \left(x\right)=\omega \left(0\right){\text{e}}^{-\frac{1}{2}\alpha x}$(23)

波函数： $Y\left(x,t\right)=A\left(x\right)\cos \left(\omega \left(x\right)t-kx\right).$

的频率 $\omega \left(x\right)$随距离x按(23)式衰减。

雷同于调频广播信号传输。频率降低，波长变长，形成信道频率衰减。

3)共同分担信号的衰减量：

$A\left(x\right)=A\left(0\right){\text{e}}^{-\frac{1}{4}\alpha x}$(24)

$\omega \left(x\right)=\omega \left(0\right){\text{e}}^{-\frac{1}{4}\alpha x}$(25)

振幅、频率随传播距离都衰减，衰减的份额相同。

4) $A\left(x\right)<A\left(0\right){\text{e}}^{-\frac{1}{2}\alpha x}$(26)

若信号振幅按(2.26)式快速衰减，超过波传播距离增加引起的总损耗量，振幅过度衰减而结余的能量，积累到频率上，频率会增加，则有 $\omega \left(x\right)>\omega \left(0\right)$。

5) $\omega \left(x\right)<\omega \left(0\right){\text{e}}^{-\frac{1}{2}\alpha x}$(27)

若信号频率按(2.27)式快速衰减，信号的能量积累到振幅上。则有 $A\left(x\right)>A\left(0\right).$

6) 更一般现实情况，A(x)衰减快， $\omega \left(x\right)$衰减慢。波的形态分三段：波能量密度很大，随传播距离，振幅衰减为主，频率衰减为辅——称为波状态；波能量密度小，振幅衰减为辅，频率衰减为主——量子状态；波能量密度非常小，振幅、频率都快速衰减为零——波消亡态。从 $k{\text{e}}^{-\frac{1}{2}\alpha x}$到 ${\text{e}}^{-\frac{1}{4}\alpha x}$之间变化。

3.3. 实验的技术方案

3.3.1. 水波观察

池塘水波：水黾产生小波，沿径向传播过程，随距离增加，波纹逐渐展宽，振幅逐渐降低，容易观察到。池塘水波纹随传播距离有明显变宽的现象，特别是水波振幅很小时，波纹变宽很明显，如图1所示。

3.3.2. 声波实验

山里人或牧羊人说话音质高，频率高，传得远。通过远传声波传感器，测量到声波频率有非常小的衰减。实验在山东师大长清校区信息楼一百多米长廊进行(图2)。声源采用100瓦的高音喇叭，安装在走廊西头，每隔十米设置一个测量点。传感器采用超高灵敏度的远程压电声驻式，几十米远可以接收到普通人的话音。

声源采用1000赫兹，高音喇叭，安置在实验室走廊西端，每隔十米测量点。完成在不同声音频率、不同声源功率的一系列实验(图2)。空间大的地点衰减就大，仅有走廊的地点，声波衰减就小。东端几乎在100米，传感器受干扰也比较大，信号衰减也大。振幅衰减近万倍，频率衰减量仅有0.1赫兹。传感器采用内置两级集成电路运算放大器，提高测量精度。普通实验根本测量不到频率的微弱衰减。工程上，认为声波频率不变，或者实验上测量不到频率的这种微弱衰减。

3.3.3. 电磁波实验

采用20公里的75-5同轴电缆，20兆电磁波进行超高精度频率衰减测量，每米衰减10⁻¹⁸量级。衰减非常小，科技界认为频率不衰减，只是没有达到该精度。实验预估：根据哈勃关系式估算1万米空间距离波长相对变化量。

根据哈勃关系式：

$z=\frac{\lambda -{\lambda }_e}{{\lambda }_e}=\frac{H_0}{c}D$(28)

哈勃观测图： $D=2\text{Mpc}=2\times {10}^6\text{pc}$

$D=2\times {10}^6\times 3.086\times {10}^{13}\text{km}=6.172\times {10}^{22}\text{m}$；

给出的退行速度 $v=cz=1000\text{km}\cdot {\text{s}}^{-1}$

$H_0=500\text{km}\cdot {\text{s}}^{-1}\cdot {\text{Mpc}}^{-1}$

计算出每一米太空距离产生的宇宙频率衰减(波长相对变化量)： $D=1\text{m}$

代入(2.28)得： $z=\frac{\lambda -{\lambda }_e}{{\lambda }_e}=\frac{H_0}{c}D=\frac{500\text{km}}{300000\text{km}}\times \frac{1}{3.086\times {10}^{22}}=5.4\times {10}^{-26}$

取 $H_0=75\text{km}\cdot {\text{s}}^{-1}\cdot {\text{Mpc}}^{-1}$时，计算每一米的太空频率衰减： $z=0.81\times {10}^{-26}$

由(28)计算得到，光波传输一米距离产生的频率衰减量约为10⁻²⁶。1万米太空距离产生波长相对变化量约为： $z=0.81\times {10}^{-22}$

测量光波长相对变化量转化为测量光频率变化量

由(28)式得

$\Delta \lambda =\lambda -{\lambda }_e=z{\lambda }_e=\frac{H_0}{C}D{\lambda }_e$(29)

由(29)式可知，光的波长非常短，在纳米量级，很难测量。波长的微小变化就更难测量。

由(28)得

$z=\frac{\lambda -{\lambda }_e}{{\lambda }_e}=\frac{\frac{c}{f}-\frac{c}{f_e}}{\frac{c}{f_e}}=\frac{f_e-f}{f}$

$\Delta f=f_e-f=zf=\frac{H_0}{c}Df$(30)

而光的频率非常高，达到10¹⁵赫兹/s，甚至更高，频率容易测量，由(30)式可知，频率微小变化与频率成正比，也是一个很大的数值。因此它的微小变化量更容易测量到。

频率衰减效应非常小，引起的频率变化极其微弱，对频率变化产生的相位角进行长时间积累

$\Delta \theta =360\left(f_e-f\right)t=360\frac{H_0}{C}Dft$(2.31)

再把累积的相位角转化成图形旋转角度或图形形状变化，进行识别、判断。根据相位角的变化换。

试验中，选用10兆赫兹电磁波，加之长时–短空测量法及其他的技术手段。分辨率10¹⁴。

试验中采用频率相对跟踪法，计量频率衰减量，消除信号源频率漂移、离散、温漂等对测量精度的影响。

电缆长度增加到2万米，中间增加20级中继放大器。信号源频率增加到20兆赫兹。

实验(图3)结果证明：电磁波在传播过程中，存在电磁波的波动能量消耗及空间扩展，使振幅随传播距离增加而衰减。频率随传播距离增加也存在极缓慢的衰减。

宇宙频率衰减完全是光波频率随传播距离的增加，损耗能量，扩散能量，振幅减小外，频率也会衰减，导致波长增长。

实验采用20公里75-5同轴电缆，20兆赫兹高频电磁波波源，相位角差值积分的方法，测量到电磁波经过20公里的传播，仅产生10⁻⁶赫兹的衰减量(图3)。

4. 对宇宙大爆炸论讨论

4.1. 宇宙红移的解释

宇宙大爆炸依据：宇宙红移是一个观测结果，用多普勒效应来解释，推理出星系后退，再推理出宇宙大爆炸；谁能保证宇宙红移一定是多普勒效应唯一产生？

红移新解释：陈寿元效应已从理论、实验证明，波的频率随传播距离会衰减，光波属于电磁波范畴，在太空超远距离传播，也会衰减，造成波长增加，产生所谓红移。星系不用后退，宇宙不用大爆炸。

4.2. 超新星的解释

1989年，索尔·波尔穆特、布莱恩·施密特和亚当·里斯研究超新星，发现亮度衰减更快、红移更大，用多普勒效应解释，推理出宇宙加速膨胀的结论，并获得2011诺贝尔物理奖。

新解释：超新星信号作用时间短，信号非常强，可以看作脉冲信号。脉冲信号对信道的冲击作用，冲激响应。导致脉冲信号在传播过程中，脉冲在时间上展宽，在空间上展宽。导致振幅、频率衰减比连续信号衰减大，导致亮度比连续恒星、星系光亮度衰减快，红移要大。

4.3. 背景辐射

噪声是天线接收系统最普通的干扰信号，背景辐射信号认定为宇宙大爆炸余辉，有待商榷。

什么是噪声：通信系统，接收天线认为需要接收的信息称为信号源、信号。不想接收的信息以及信号源通称为噪声。

如天文学家，除了研究太阳的天文学家外，在白天搞观测，看太阳，把太阳光看作信号。其他的天文学家，都在夜里看星星，遥远的星星看作信号源，太阳光看作噪声。

从1964年矩形喇叭天线、1989年COBE卫星接收器接收到背景噪声，无法认定就是大爆炸余辉。

4.4. 宇宙物质风度

宇宙大爆炸所致现在宇宙物质风度，证据不足。

4.5. 宇宙大爆炸与哲学矛盾

宗教认为上帝、神创造世界、创造万物。中国道教：道生一、一生二、二生三、三生万物。

宇宙的定义：时间、空间、物质的全部成为宇宙。宇宙大爆炸来源于点的爆炸，能量、质量来源于什么？

宇宙大爆炸显然与宇宙的定义有矛盾：整个宇宙来源于一点的爆炸，爆炸以前是什么？既然是一点，一点之外是什么？宇宙既然是空间的全部，它是一个点，这个点靠什么来界定，用什么来度量？

4.6. 宇宙大爆炸与物理学矛盾

宇宙大爆炸来源一点，如何符合物理学的能量守恒定律、质量守恒定律。现在观测到红移量(Z大于一，有的10)大于1，意味着星系退离速度大于光速。这与物理学认定光速是极限速度有矛盾。

4.7. 宇宙大爆炸与地心说对比

地心说靠站在地球上肉眼观测：所有天体太阳、月亮、行星、恒星都围绕大地运动的观测结果，综合出地球不动，整个宇宙围绕地球转动的地心说。现代人都知道，地心说是错误的，不正确的。但是整个宇宙来源一点的大爆炸，会比整个宇宙围绕地球转动的结论更合理吗？

宇宙大爆炸来源于一点，依据宇宙红移，用多普勒效应解释。仅是人们一种解释而已，并非真正如此！天文信号不同模式处理，得到的结论有时相反。如托勒密根据观看到太阳、月亮、行星、恒星都围绕地球运动，综合出地球不动，宇宙围绕地球运动的地心说。现代人难道没有感觉到：宇宙大爆炸要比托勒密地心说的宇宙围绕地球转的结论更荒唐吗？

4.8. 宇宙大爆炸与日心说比较

哥白尼站在地球上，获得的天文信息与托勒密几乎一样，通过理性思考，站在离开港口大船上，没有感测到、感觉到大船的运动，看到港口、岸边一切物品都在后退。大背景后退，反映出大船运动的状态。同理，站在地球上，也看不到地球的运动，只能通过太阳、行星、恒星天空大背景的运动，反映出地球的运动。哥白尼否定宇宙整体都围绕地球运动的结论。类比看出，宇宙大爆炸仅靠一点红移测量结果以及多普勒效应推理，很可能产生严重的误判。

宇宙大爆炸论也有优点，促进宇宙学的发展，促进人们对遥远星系的观测，对星系演化进行讨论。但是缺点也是非常明显，整个宇宙来源于一点大爆炸，不可思议。与地心说相比，不是最荒唐，只有更荒唐!

5. 结论

1) 把宇宙红移现象用多普勒效应来解释，得到宇宙膨胀、宇宙爆炸的结论；用频率衰减来解释，光的红移现象就是光频率在传播过程中，由于波能能量消耗，使频率减小，这将导致波长增长。实验表明，振幅衰减快，频率衰减非常缓慢。在目前技术手段下，难以测量到这种微小变化。通信工程，几万公里的传播范围内，可以认为频率不减小。超精密实验设计可以测量到频率极其微弱的衰减。

2) 宇宙大爆炸论与其他科学矛盾重重，用光信号在太空传播，频率衰减，一切矛盾迎刃而解。

参考文献