谱线红移

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谱线红移对于宇宙谱线红移，从可能性的角度可能存在三种形成谱线频移的原因，即：距离效应、多普勒效应、康普顿效应，本文从理论上提出鉴别那一种是形成主要原因的方法。并针对试验的可能性的结果提出对宇宙观念的可能性影响。

目录

“膨胀”宇宙

总述 关于宇宙膨胀的观念主要来自于对星体距离的测量上，采用几何学三角测量的方法，以地球长轴为基线所测定的极限距离不超过150光年，利用某一期间的角位移和谱线得多普勒效应来对星团自转求线速度的方法，其测定出的距离不超过三千光年，超过这个极限则利用造父形脉动变星的距离测量法，即知道天体的绝对亮度和标准光源进行比较即可。1914年前后，V.M.Slipher根据谱线红移发现了几个大于10的三次方千米/秒的速度离开我们的天体。大约有过了十年，哈勃测定了这些天体的距离，结果证明这些天体是一些距离在10的7次方光年以上的遥远的星系。但是，如果恒星的距离太远，则不能分辨和看到，对这种情况，有的以星系内最亮的恒星作为标准，有的只能以星系整体亮度作为标准尽可能的确定更多的星系的距离和红移，经过整理，1922年哈勃发现具有巨大红移的星系，其退行速度和距离成正比。其中，为哈勃常数，其值为，他认为这是由于宇宙的均匀的膨胀而造成的。 后来利用二战后发展起来的射电望远镜是观测的范围更加扩大，可是由于射电波几乎都是连续的，所以信息量很少。只有从比较近的星系测得的21cm谱线的红移才于光学观测的情况相似。 来自于宇宙物理学 在宇宙膨胀的观念中，其主要的证据来自于宇宙光线的谱线红移，那么，谱线红移的客观事实结果的唯一解释是不是谱线发射体在远离我们而去呢？如果谱线发射体在远离我们而去是谱线红移的唯一的解释，那么宇宙的膨胀的解释则成立，否则，则不能成立。这样的结论关键在于谱线红移和谱线发射体在远离我们而去是唯一对应的解释。或者是主要的解释，其它可能包含的解释可以略而不计。 我们稍微对光波和宇宙空间的环境分析一下，就知道这样的解释不是唯一的，更不是主要的解释。下面我们来看引起谱线红移的可能性的解释。

解释

传递波的介质可能引起的红移 （假设中的，很可能不存在） 引起谱线红移的可能性的解释我们可以先从常规波来探讨这个问题。 我们从平静的水面上投掷一颗石子，那么石子会在水面上形成水面波，只要我们稍微注意一下就会发现，随着水面波向远处传递，波峰的运动速度会越来越慢。其原因是由于水的粘滞系数的关系。 在声波上也有相似的结果，近处打雷的声音要清脆一些，而远处的雷声要低沉一些，其原因是声源所引起的声压、分子的运动速度，都会由于损耗减小所至。[可参见速度的问题之二————震动与波（上）] 如上两种机械波的在传递过程中所引起的频率红移，都是由于传递波的介质而引起，或者说是由于介质的机械属性所引起。当然，这和空间中传递的电磁波是完全不同属性的波。不能做相同的类比。 但是，光的传递介质是不是存在。在十九世纪，以太作为光的传递介质被麦克尔逊——莫雷实验否定后，其它有效的并被人们所接受的作为介质还没有被提出来。如果传递光的介质存在力学的属性，那么谱线的衰减红移，则是一种必然。可惜的是迄今没有发现这种介质。 （另：关于光的传递介质，童正荣先生曾提出过wg粒子，它是和引力相关联的粒子,在光的传递过程中，存在距离效应。童先生的文章我并没有读过，只是偶尔从论坛上看到过他所粘贴的帖子，也表达过距离红移相似的内容。） 因此，对于遥远星系光的红移可以采用三种方法的可能，即：由于宇宙中存在的物质所导致的康普顿散射、带电粒子对光线能量的吸收所导致的红移；宇宙膨胀导致的宇宙大小尺度上存在的距离红移；由于宇宙天体的运动所形成的多普勒频移。 空间中的物质导致的红移 在广漠的宇宙空间中存在着大量的轻原子粒子、基本粒子，光线在穿过这些粒子的过程中，会产生散射。考虑到光线和这些粒子的作用，那么会存在降低谱线频率的现象，这种现象通常叫作康普顿效应。传统中所指的康普顿效应是指光线和原子中电子的碰撞过程，我认为光线不仅仅和原子中的电子发生的碰撞会存在频率降低的现象，光线和基本粒子的作用也会存在频率降低的现象。在空间的介质问题之四 ——光的本性与麦克尔逊—莫雷实验（中）(光的粒子性)中，已经讨论了关于光和带电粒子间的作用，另一方面，康普顿效应已经解决了光和原子间作用的规律，因此这里就不探讨光和原子间作用的详细的细节性问题了，而仅列出光和基本粒子作用的结论。即： 光和带电基本粒子间的作用过程中，光的频率降低而减小的量值同带电粒子的速度变化率成正比。这一点不适用于原子等复合性的粒子，即：不适用于传统康普顿效应的计算方法。 毫无疑问，光通过宇宙空间中的介质粒子的过程中，会和这些介质粒子发生相互作用。由于这些粒子既包括高速运动的带电粒子流，也包括在近乎静止的原子分子，因此在处理上，可以采用宏观统计的方法进行各向同性处理，对于广阔的宇宙而言，甚至可以当作一种常数。当然，这样的处理方法是近似的处理方法，并不是很严密，因为在不同的宇宙空间中，比如接近宇宙天体和远离宇宙天体，粒子、离子、原子分布的种类、数量以及状态是完全不同的。将导致康普顿效应的空间介质当作一种统计上的常量处理。（光和带电粒子间的作用所导致的红移能不能包含在其中，这是一个精确度的问题，寻求更精确的我想不能包含在其中。） 宇宙天体和地球的相对运动速度所导致的红移 有一静止波源在发射一个一维确定波长的波，当观测者静止时，它会观测到两个竖直线间距离的波长。假如这个观测者以一个确定速度在运动，那么当他接受到第一个波峰之后，它会继续向波源运动，当他接受到另一个波峰时，它所在的位置已经在虚竖线的位置，那么我们所实际观测到的波长则不是静止时的波长。通常我们采用频率的变化来描述这种状态，通常叫做谱线的频移。 在常规的机械波，如声波中，假设观察者和波源都在同一条直线上，并且观测这和波源存在相对运动，并且是匀速的，那么，波源所发出的一个确定频率的波会因为波源和观测者的相对运动而在观测者的观测结果里，频率会有所改变。通常我们把这种现象叫做多普勒频移。其表达式为 其中为观测者相对于媒质的速度，u为波源相对于媒质的速度，波的传播速度为V，为观测者观测到的频率，为波源发出的频率。如果应用于宇宙空间中的多普勒频移，只要将上式中的分母换作时间膨胀因子（或者空间收缩因子）为观测者或者波源的速度，那么就是相对论的表达形式。 采用波长来表达在形式上可以更为简单一些，即：λ=λ0-Δι，其中λ观测者观测到的波长，λ0为波源发出的波长，Δι为光通过一个观测者观测到的一个波长的时间里，观测者和波源之间的相对位移。 在观测到的宇宙中遥远的星光的频率所发生的改变，通常被认为是第三种情况，宇宙天体和地球的相对运动速度所导致的红移，很自然的，在现代天文学中就得到了宇宙膨胀的结论。

鉴别方法

谱线频移的鉴别方法 总述 在前面我们已经探讨了宇宙中遥远星系所发出的光在我们观测上可能会存在三种频移，这三种频移单独观察一个谱线是无论如何也不能进行区分的。那么是不是就没有办法了呢？当然不，以下方法可以将谱线的三种频移分辩开来。 其中表示我们观测到的频率，为标准谱线的频率，△为光线通过确定空间长度后所衰减的频率，它和距离长度成正比。如果我们将谱线横线当作谱线坐标的话，那么我们会看到谱线均匀的横向移动，每一条实际观测的谱线都会在标准谱线系图上横移△。 颜色较淡的竖线，表示我们实际观测到的发生频移的谱线系。较深的竖线表示标准的谱线系。当然，在对遥远星系的观测过程中，我们得到一个谱线系是不容易的，因为光线强度是非常小的。其实，只要在实际的观测中观测到到任意两条谱线，那么就可以采用这种比较的方法来得到结果。 宇宙天体和地球相对运动速度导致多普勒红移

空间中的物质导致的红移 空间中的物质所导致的红移除了星际分子原子物质和光发生的康普顿散射之外，其它的就是带电粒子和光发生的作用了。但由于前面的多普勒频移是简单的谱线移动，那么这就提供了一种简单的鉴别两种红移的方法。 如果将宇宙中的媒质采用统计的方法，可以将媒质当作异种均匀的各向同性的分子原子物质处理。但是对带电粒子处理则不能采用这样的方法，因为带电粒子的运动速度在空间中的分布应该符合一种统计的分布。光子和这些带电粒子的作用所引起的谱线频移则要采用统计分布的原则了。 频率高的光和介质发生的康普顿散射所损失掉的能量要多一些，频移相对的要大一些。相反，频率低的光和介质发生的康普顿散射所损失掉的能量要小一些，频移相对的也要小一些。那么这就存在这样一种趋势，就是光经过大量的多普勒散射之后，频率分布会趋向均匀，换句话说，将会趋向于连续谱线。带电粒子和光线的作用也是相似的。谱线系的结构在我们观测上将会模糊或者消失。当然，这依赖于光线通过的距离。如果是光线通过的距离是无限的，那么我们所观测到的则必然是某种连续谱线。这一点很容易和上两种谱线频移的原因区分开。

关系

谱线频移和宇宙状态的关系 第一、 如果我们观测到的谱线频移，其鉴定方法必须采用多普勒红移来解释，或者以多普勒红移为主来解释，那么这说明遥远的星体在离我们而去。膨胀的宇宙成立。

第二、如果我们观测到的谱线频移，其鉴定方法必须采用第一种方法——传递波的介质可能引起的红移，或者以第一种方法为主，由于距离效应所引起，那么一个惊人的结论为牛顿力学在高精度内不能成立，牛顿力学定律不能成立。因为必然要引入力学属性的衰减来解释这种现象。那么惯性定律则没有任何的意义。我们知道，相对论也是建立在牛顿力学的基础上，因为狭义相对论的相对性原理则是牛顿力学的一种表述。相对论内建的力学系统不能成立的话，那么相对论也不能成立了。 这样的一个结论是不用怀疑的。

第三、如果我们观测到的谱线频移，其鉴定方法必须采用空间中的物质导致的红移(如康普顿效应来解释和带电粒子和光的作用的解释）来解释，或者以此为主来解释，那么这说明膨胀的宇宙不能成立，当然，也包括宇宙大爆炸理论不能成立。那么宇宙的观念要恢复到十九世纪的哲学观念，整个宇宙无边无际。 整个宇宙采用定量的方法来描述是没有任何意义的。

有效性

由于遥远星系发出的光的的强度是很微弱的，能否采用如上的方法依赖于观测精度能否进一步提高。 另一方面是关于如上的三种可能的原因叠加的问题。我想采用数学上的方法应该可以区分开来。 此外，能不能从理论上找到遥远星系所发出光的两条或者两条以上的谱线，这个问题很关键。如果不能确定这个问题，那么本文的方法就没有意义。由于星系所发光的物质都是有限的，从恒星不同阶段的能源上来说也是有限的和确定的，因此在理论上一定可以找到两条可供比较的谱线。