发现光子在宇宙中的分布规律,使我们明白,为什么看不见无限远的宇宙
 
发现光子在宇宙中的分布规律,使我们明白,
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为什么看不见无限远的宇宙。分析地球的能量循环规律
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（地球的大四季）,使我们明白,物种为什么会周期性大灭绝

注释：
Qa—流入系统能量；Qb—流出系统能量；Qc—系统增加的内能；Q1—太阳对地球的总辐射能量；Q2—大气层吸收的能量（包括内能和动能）；Q3—地球表面所有的冰川（包括两极冰川）融化吸收的太阳能；Q4—地球生物圈（植物和动物）吸收的太阳能；Q5—地球陆地表面未完全被植物覆盖部分吸收的太阳能；Q6—海水吸收的太阳能；Q7—地球整体向外太空散发的总辐射能量；Q8—地球整体反射到外太空的能量；Q9—全面火山爆发喷出地球表面的能量；Q10—海底火山爆发，使海水蒸发所吸收的能量及水蒸汽层势能；Q11—水蒸汽向太空释放能量变成冰雪降落地面传回动能；Q12—地核向地外传导能量；Q13—海水向地核传导能量；Q14—地核向地外辐射能量；△Q15—当海水温度升高△T时，海水增加的能量；△Q16—当海水能量增加△Q15时，地核向与熔点相同或接近的玄武岩增加的能量；△T—海水升高的温度；λ1—光子在S2的能量与在S1能量的比值；R1—地球平均半径（6371001m）；R2—地球减去海水的半径；R3—地球减去海水，再减去地壳厚度的半径；V1—地球的总体积；V2—地球减去海水的体积；V3—海水的体积；V4—海水升温△T时，被融化玄武岩的体积；V5—地球减去海水再减去地壳的体积；m1—海水的总质量；m2—当海水升温△T时，被融化的玄武岩的质量；Zh—当海水升温△T时，玄武岩继续融化的厚度；h—海洋平均深度（3795m）；γ1—海水比重（1023kg/m3）;C1—海水的比热容（3.93kJ×kg-1×k-1）；d—海洋地壳平均厚度（5000-8000m）；γ2—玄武岩比重（2500-3100kg/m3）; L—海底岩石平均熔解比潜热（400kJ/kg）。


论文正文:
地球物质能量系统的动态平衡
及系统内各要素存在状态与平衡的关系

作者： 刘铁兵  电话：13843771166 中国.吉林省.辽源市.

1、物质能量系统。
1.1、我们把由一种或几种物质组成的，相互之间有一定能量流动关系的物质体系定义为物质能量系统。
1.2、物质能量系统尊守物质守恒定律和能量守恒定律。
1.3、物质能量系统的平衡是动态的，是在能量流入和流出的过程中保持平衡的。
1.4、物质在能量系统内的存在形式及状态是由物质自身的物理特点及化学性质决定的。
1.5、物质能量系统的平衡是相对的。当物质能量系统外部发生变化或系统内某一要素发生改变或消失，这个系统与之相对应的平衡也就会改变或消失，并总要通过内部各要素能量的重新分配而达到新的平衡。
1.6、物质能量系统动态平衡方程式：(以下符号见注释)
Qa=Qb+Qc
2、用物质能量系统动态平衡的观点来分析地球能量系统的动态平衡及在平衡中地球内各要素存在状态变化对平衡的影响。
2.1、地球冰川期能量平衡方程
Q1=Q2+Q3+Q4+Q5+Q6+Q7+Q8
Q1：指太阳对地球总辐射能量.
Q2：指大气层吸收的能量[包括内能和动能]。
Q3：指地球表面所有的冰川[包括两极冰川]融化吸收的太阳能。
Q4：指地球生物圈[植物和动物]吸收的太阳能。
Q5：指地球陆地表面未完全被植物覆盖部分吸收的太阳能。
Q6：指海水吸收的太阳能。
Q7：指地球整体向外太空散发的总辐射能量。
Q8：指地球整体反射到外太空的能量。
2.1.1.太阳系内其它行星被太阳辐射的能量可通过公式计算出来.在球形发光体上取发光点0，其公式通过以下方法得出：如图1
设：ρ1为发光点辐射到行星①截面的光子密度。单位：J/m2·S—焦耳/平方米·秒。
ρ2为发光点辐射到行星②截面的光子密度。单位：J/m2·S—焦耳/平方米·秒。
S1为发光点辐射到行星①的截面积。单位为平方米。
S2为通过S1截面的光子继续投射到行星②的截面积。单位为平方米。
L1为从发光点（太阳）到行星①截面的距离。L2为从发光点（太阳）到行星②截面的距离。单位为米。
 
   
 
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2 发现光子在宇宙中的分布规律,使我们明白,为什么看不见无限远的宇宙
 
因为光子在短距离内可视为直线传播，同时，发光体是球型发散状辐射。所以，在行星①上取正方形ABCD，则光子穿过ABCD到行星②上的投影A’B’C’D’也是正方形。由图1我们可以知道：三角形OAD和三角形OA’D’相似。所以OA’/OA=A’D’/AD，因为ABCD是正方形，所以：正方形ABCD的面积S1=AD×AD，正方形A’B’C’D’的面积S2=A’D’×A’D’。设在相同时间内，穿过ABCD的光子继续穿过A’B’C’D’的光子数量为n。那么，行星①上的光子传播密度为：ρ1=n/S1;行星②上的光子传播密度为：ρ2=n/S2。
所以：ρ1/ρ2=（n/ S1）/( n/S2)=(1/ S1)/(1/ S2)={1/(AD×AD)/{1/( A’D’×A’D’)}=( A’D’×A’D’)/(AD×AD)
又因为：OA’/OA=A’D’/AD， OA=L1，OA’= L2
所以：ρ1/ρ2=（A’D’×A’D’）/(AD×AD)=（A’D’/AD）×（A’D’/AD）=（OA’/OA）×（OA’/OA）=（L2/L1）×（L2/L1）= L22/L12。ρ2=[（L1×L1）/（L2×L2）] ×ρ1
所以得：ρ2 =（L21 /L22）×ρ1         
又因为光子在宇宙中的传播不断衰减而最终衰变成其它粒子，所以，我们设定光子的衰减系数为：λ1
则完整的光子传播密度公式为：
ρ2= （L21 / L22）·ρ1·λ1[λ1<1][L2>L1>0]
    
在公式中，入1在类似太阳系这样短距离传播，可视为λ1≈1。λ1是光子从S1到S2时，光子在S2的能量与光子在S1的能量比，它没有单位。当0取无数点时
公式为：∑ρ2= （L21 / L22）·∑ρ1λ1             
 所以，只要知道地球的光子密度就可以知道太阳系内其它各行星表面的光子密度,此公式适合所有球型发光体。
由此可知，我们看不见宇宙尽头的根本原因有两点：
a、光子不会在宇宙中永远传播下去，不论光子有多小，它都是有质量的，在传播中，最终会衰减为其它粒子，成为宇宙尘埃。
b、宇宙中所有发光体都是球面体，光子都呈发散状射出，由公式
ρ2=（ L21 / L22）·ρ1·λ1可看出，当L1和ρ1不变时，光子的密度ρ2和L2成反比，当L2无限远时，光子密度极限值为零。我们不能看见光子[包括其它射线]密度几乎为零的发光体，所以我们永远不能看见无限远的星体和无限远的宇宙。
这就是球型发光体的光子在宇宙中的密度分布规律。由此公式可以看出，光子在宇宙中的分布是不均匀的。
2.1.2、在冰川期能量平衡方程中：
Q1是一个几乎不变的恒量，Q2、Q4、Q5。Q6也是基本不变的。Q7、Q8、因为地球表面积及大气的密度、压强等参数基本稳定，所以，它们也是不变的。由此可知，冰川期能量平衡主要靠冰川融化吸收一部分太阳能而达到平衡，Q3是维持冰川期能量平衡系统的决定因素，如果无视冰川融化在此平衡的决定性作用，将是我们最致命的错误。我们知道，地球上至少存在过三次大规模的冰川期，震旦纪大冰川和石炭一二叠纪大冰川都早已融化消失。地球上所有早期存在的冰川都已经融化消失了。现在的第四纪大冰川也早已开始融化，而且还将继续融化，直到消失为止。这是一个没有任何争议的事实。遍布全球的第四纪冰川融化遗迹充份证明了这一点，这些事实证明：在太阳和地球这一固定的距离内，充足的太阳能不允许地球上的冰川永远存在。所以，地球冰川期能量平衡只能靠冰川融化来维持的结论是正确的。
在这里，我必须单独阐明大冰川融化过程的细节性问题：在原始大冰川的核心地区，主冰体的温度是非常低的，年平均温度至少在-58.4℃[因为没有冰川主体冰芯温度数据所以只能参考现在南极冰盖温度]以下，冰川初期更低。在地球冰冻期初期，随着太阳能量在地球表面和大气层中不断积累，大冰川边缘融化量大于冻结量，冰川开始第一步融化和退缩。第二步，在边缘融化过程中,巨大冰川主冰体也同时吸收太阳辐射能量，当巨大冰川核心区的主冰体因为积累能量整体升温时[例如从-58.4℃上升到-48.4℃]，巨大冰川主冰体从大气吸收大量能量使大气温度长期下降，并使地球气候在很长的时间里，进入较寒冷的时期，冰川边缘融化量小于冻结量，冰川边缘又开始冻结,但这时巨大冰川主冰体的平均温度已经高于以前主冰体的平均温度[例如-48.4℃高于-58.4℃]。由于太阳向地球表面和大气层辐射能量是恒定不变的，所以，当太阳能量在地球表面和大气层中积累到一定量时，冰川的边缘又开始融化和退缩。我们把冰川边缘开始融化和退缩的时期叫做间冰期。由于巨大冰川主冰体升温使地球气候在很长时间里暂时进入较寒冷的时期叫做冰期。巨大冰川的融化过程，就是在间冰期与冰期的不断交替中进行的，直到巨大冰川主冰体彻底融化并在地球上消失为止。在这个交替融化的过程中，冰期的强度及影响力越来越弱。
 
   
 
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3 发现光子在宇宙中的分布规律,使我们明白,为什么看不见无限远的宇宙
 
这种融化规律，在我们日常生活中会经常看到。当我们把一堆冰冻水果（温度至少在-20℃以下），放在比较温暖的屋子里，外层的水果表面首先结成一层冰晶，当外层水果表面的冰晶融化以后，如果这堆水果足够多，内层低温水果吸收能量，又会使外层水果表面重新结成冰晶，如此循环，直到所有水果全部融化为止。这就是大冰川的融化规律. 地球能否再出现冰期，要看地球现在所有冰川核心区主冰体积累吸收太阳能后，同时升温，而使全球气温下降的能力大小决定。同时，还要看温室效应的影响程度.
在冰川期能量平衡中，当所有冰川融尽，即：Q3=0时，冰川期的能量平衡系统已不存在，原平衡系统内部各要素必须重新进行能量分配来承担由于Q3的消失而多余部分的太阳辐射能量。冰川期气候特征消失,地球将由新的能量平衡系统和新的气候代替。
2.2、地球无冰期能量平衡方程
Q1=Q2+Q4+Q5+Q6+Q7+Q8
2.2.1.由于冰川的消失，地球内部各要素通过重新分配，形成新的能量平衡。
在这个平衡中，Q1、Q4、Q5为不变量。因为地球表面积不变，大气温度虽然升高,但密度变化不大,对能量反射不产生决定性影响,所以Q8基本不变。由于物体能量辐射总是比物体自身升温滞后，所以，地球因为Q3消失而导至整体升温之前Q7是不变的。由此可知：原Q3所吸收的能量，现在由Q2和Q6共同承担。而大气的比热比海水小得多，Q2所吸收的能量要远远小于Q6所吸收的能量。所以, 由于Q3的消失而产生多余的太阳辐射能量，将主要被Q6所吸收。在地球无冰期的能量平衡中，主要靠海水的漫漫升温来维持平衡。Q6是地球无冰期能量平衡系统的决定因素。
2.2.2、海水升温对地球内部因素的影响
从地球整体上看,海水把地球70.78%的面积包围起来，海水升温一定会把能量传递给地壳和地核。因为能量辐射的滞后特性，物质的能量辐射滞后余量[物质由于吸收新的能量而不能及时全部传导或辐射出去的剩余能量]使地壳和地核随海水温度一起升高。如图2
取与熔点温度相同的液态玄武岩和固态玄武岩之间的界面为能量平衡界面，则：Q12=Q13+Q14。
当海水升温△T时，海水传向玄武岩的能量增加△Q15。因为地核温度远远高于地表的海水温度,所以地核高温热源为了维持向地外的能量辐射平衡状态，地核高温热源传向玄武岩的能量也会增加△Q16，且△Q15=.△Q16
此时的能量平衡方程为：Q12+△Q16=Q13+Q14+△Q15
因为地壳是液态和固态并存的,所以新增加能量△Q16的作用是把和熔点相同或相近的固态玄武岩融化为液态玄武岩.   
假定海水平均升温△T =1K，计算玄武岩向地壳表面继续融化的厚度Zh;
V1=（4/3）×π×R13=（4/3）×3.141593×63710013=1083.2074×1018m3,V2=（4/3）×π×R23=（4/3）×3.141593×（6371001- 3795）3 =1081.2729×1018m3，因为现有冰川固体总水量是地球总水量的2%，冰川全部熔化后流入海洋,又因为海洋面积和陆地面积的比例为70.78/29.22，所以在深度相同时，海洋体积和陆地体积的比例也为70.78/29.22。V3=(V1- V2) ×70.78%+(V1- V2) ×70.78%×2%=（1083.2074×1018-1081.2729×1018）×70.78%+（1083.2074×1018-1081.2729×1018）×70.78%×2%=1.3966238×1018 m3,m1= V3×γ1=1.3966238×1018×1023=1428.7461×1018kg，当海水升温△T=1k时，△Q15=C1×m1×△T=3.93×1428.7461×1018×10=5614.9721×1018kJ; △Q15=△Q16=m2×L；m2=△Q15/L=（5614.9721×1018）/400=14.03743×1018kg;V4=m2/γ2=14.03743×1018/3100=0.0045282×1018m3;V5=（4/3）×π×R33，当d=5000m时：V5=（4/3）×3.141593×（6371001-3795-5000）      3         =1078.7276 ×1018m3;V4+ V5=（4/3）×π×（R3+Zh）  3         ；0.0045282×1018+1078.7276×1018=（4/3）×3.141593×（6371001-3795-5000+Zh）      3         ; Zh=8.6m; 当d=8000m，Zh=8.8m; d=80000m, Zh=8.9m; 当△T=10k，d=5000m,Zh≈88.7m;d=8000m，Zh≈88.9m。d=80000m,Zh=90.9m.当△T =20K，d=5000m,Zh=177.6m,d=8000m,Zh=178m,d=80000m,Zh=182.1m.
 
   
 
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4 发现光子在宇宙中的分布规律,使我们明白,为什么看不见无限远的宇宙
 
所以，海水温度平均升高1K,则各火山口及地壳裂缝处的岩浆将向地壳表面升高8.6m.这说明海水升温最终会导致地球所有火山同时大规模爆发.我们把导致地球所有火山同时大规模爆发的海水温度叫做火山同时爆发的临界度。这个临界温度是由地壳到地核间接近熔点的岩石融化程度、地壳断层压力及地壳表层的地质结构等决定的。
当海水温度达到火山同时爆发的临界温度时，地球的无冰期能量平衡系统已不存在。无冰期气候特征消失,地球将由新的能量平衡系统和新的气候形式代替。
2.3、地球全面火山爆发期能量平衡方程
Q1+Q9=Q2+Q4+Q5+Q6+Q7+Q8+Q10
此式中新增加的Q9为地球所有火山爆发喷出地球表面的能量。Q10为海底火山爆发，使海水蒸发所吸收的能量及水蒸汽层势能。
在地球无冰期未期，由于海水温度已达到临界温度，地壳到地核间接近熔点的岩石大量融化，当玄武岩向地壳表面继续融化的厚度L大于火山口到岩浆的距离时，地球上所有火山，大量、长期、高强度的爆发。大量的海水被蒸发变成蒸汽，地球的大气层变为蒸汽层，并迅速膨涨。大部分太阳光无法穿过蒸汽层到达地球表面。在火山喷发过程中，Q2、Q10、Q7、Q8、的值逐渐增大,Q4、Q5、Q6、的值逐渐减少. 火山爆发期初期，地球的整体温度最高。
2.4、地球冰冻期能量平衡方程：
Q1+Q5+Q10+Q2+Q6=Q4+Q11+Q7+Q8
地球通过火山喷发，把地核、地幔、地壳储藏的、地壳无法控制的能量全部释放出来，地球的大气层被高密度的水蒸汽和火山喷发的毒气完全覆盖，火山渐渐停止，地球进入冰冻期。
由于地球的外太空温度远远低于水蒸汽的冰点，所以，地球在冰冻期主要以降雪的方式来释放大部分的能量。因为被蒸发海水的量非常巨大，所以，地球冰冻期的降雪量也非常巨大，足可以把大部分的陆地覆盖，这个时期是地球内各要素向外太空释放能量的时期，地球整体温度最低。
冰冻期的降雪量是由火山爆发期海水蒸发量决定的，同时也决定了下一个冰川期的规模及存在时间。在这个过程中，Q10、Q2。Q5。Q6随着Q7对地球外太空释放能量而减小。Q1在冰冻期几乎被Q8完全反射到太空。Q4在冰冻期只能吸收极少的能量。Q11水蒸汽向太空释放能量变成冰雪,落地时把动能传导回地面。
在地球冰冻期未期，随着水蒸汽逐渐变成冰雪降落地面，大气层因为水蒸汽含量的减少而越来越透明。太阳光可以穿透大气层而到达地球表面,冰川开始融化,地球新的冰川期重新开始。
2.5.通过对以上能量平衡方程的分析，得出以下结论;
2.5.1、当地球能量系统内某一要素[如冰川]发生改变时，它的能量系统将随之发生改变，并形成新的能量平衡系统。地球以四种具有显著特征的能量平衡状态存在。即地球的四个时期：
冰川期--无冰期--火山爆发期--冰冻期--冰川期--
2.5.2、这四个时期是连续循环的。它的每一次循环周期因火山爆发期蒸发海水量的不同而不同，根据已经发生过的周期判断，一般都在几千万年至几亿年之间。
2.5.3、地球每个时期的存在时间是可预测的
a、地球冰川期存在时间=冰川融化时间
在冰川期，生物圈的温度，湿度都比较稳定，有明显春、夏、秋、冬的四季变化。初期以寒带气候为主，适合寒带动植物生存和进化.末期向亚热带、热带气候过渡。适合亚热带和热带动植物生存和进化。
b、地球无冰期的存在时间=冰川最终消失时的海水温度上升到火山同时爆发时的临界温度所需要的时间。
在无冰期，生物圈温度、湿度比冰川期较高，分为旱季和雨季，由亚热带向热带气候过渡，非常适合热带动植物生存和进化。寒带动植物灭绝。地球所有冰川[包括南北两极冰川]已经消失。无冰期最适合蜥蜴、蛇等冷血动物生存。
此时，陆地面积为最小值，海平面为最高值。无冰期初期是地球最干旱的时期，无冰期未期是地球造山运动开始期。
c、地球火山爆发期存在时间=大规模火山爆发到大部分火山停止喷发的时间。
在火山爆发期初期，是生物圈温度，湿度最高时期，地球表面有很多火山喷出的岩浆,空气中有大量火山毒气。末期，太阳光被水蒸气层遮挡不能照射到地球表面，地球开始变得寒冷。绝大多数动植物灭绝。体型庞大、肺活量大、食量大的物种首先灭绝。体型小的洞穴类物种较容易幸存。如蚂蚁等。火山爆发期是大陆板块漂移最快的时期,也是地球最大规模造山运动高峰期。
d、地球冰冻期存在时间=大规模降雪到冰川开始融化的时间
冰冻期，是地球上最寒冷的时期，唯一的气候特点就是大量降雪。初期，地球表面看不到太阳光，末期，太阳光逐渐照射到地面。大部分陆地被冰雪覆盖，极少数物种能渡过这一时期。此时，陆地面积为最大值，海平面为最低值。
在这四种能量循环状态中，冰川期和无冰期是动植物生命最繁荣的时期。无冰期初期、火山爆发期和冰冻期是大多数物种的灭绝时期。
2.6.通过上面讨论发现两个规律：
2.6.1、球型发光体的光子在宇宙传播中的密度分布规律。即ρ2=（L21/ L22）·ρ1·λ1[λ1 < 1 ; L2 > L1 > 0 ]证明了我们为什么看不见无限远的宇宙。使我们对宇宙无限性的认识有了理论依据。
2.6.2、地球四种状态能量循环规律。在这个循环中，太阳能是动力基础，海水是物质循环基础。这一规律找到了地球为什么多次产生冰川，又多次融化消失的真正原因。这种能量循环也是生命循环，有无数物种诞生,也有无数物种彻底灭绝,永远无法进入下一次循环。地球冰川消失,陆地干旱和海水升温是二叠纪-三叠纪物种灭绝的原因。恐龙是在上一次无冰期诞生、进化、繁荣，又在火山爆发期灭绝。所以，即使没有小行星撞地球，恐龙一样会灭绝。地球上的物种一样会周期性的大灭绝.这是由地球自身能量循环规律决定的。
我们正处在冰川期未期，而且，工业废气，森林破坏正迫使我们以最快的速度，结束我们的冰川期,从而进入无冰期、火山爆发期和冰冻期。
面对这样的未来，人类——你准备好了吗？ 
此论文中所用数据为常用基础数据,作者感谢为测算这些数据做出贡献的所有科学家。此论文一切权力归作者所有,如有转载本文内容及观点,必须经作者同意,否则视为侵权。作者非常欢迎和感谢所有专家、学者朋友的指导、建议和讨论。
2006年8月20日完稿
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