论文摘要
宇宙学原理是大尺度空间均匀性和各向同性的一个基本假设，它是现代宇宙学的基础。从这一假设出发得到的R-W时空度规和由此建立的标准宇宙学模型深化了人们对宇宙宏观时空结构的认识。然而标准宇宙学模型在取得极大成功的同时，也存在着诸多疑难问题。这些问题的解决将促进当代物理学和宇宙学的发展，对宇宙时空特性的研究具有很重要的理论价值。本文先以物质均匀分布空间中光量子自由传播过程为研究对象，讨论了光量子波长的变化特性，给出了光量子自由传播空间距离与光谱红移之间的关系，并在此基础上直接推导出了哈勃红移公式。再进一步从宇宙学原理、光速不变原理出发，提出了物质均匀分布条件下观察者同时接收的光信号集合（对事件集合）的概念，在该信号集合的基础上建立观察者的四维时空参考系，并给出了空间尺度因子的数学形式、四维时空度规表达式，同时给出了该四维时空参考系中质点的一般运动形式。研究结果表明，在宇宙物质均匀分布条件下，自由传播光子能量相对衰减率为常数，光量子自由传播空间距离有限，空间尺度因子时间变化规律与光子波长衰减规律形式相同，空间具有非平直几何特性。理论讨算结果还表明，物理学中的惯性参考系平直时空是宇宙物质平均密度作零处理的极限情况。本文将四维时空参考系建立在均匀物质分布基础上，对宇宙的时空特性从新的角度进行了初步探索，并且获得了一些新的结论。