0 引 言
从1927年比利时天文学家勒梅特首次提出宇宙大爆炸假说,认为:宇宙是由一个致密炽热的奇点于137亿年前一次大爆炸后膨胀形成的。1929年,美国天文学家哈勃根据大爆炸假说推导出星系都在互相远离的宇宙膨胀说,但从学说提出以来,怀疑者大有人在,王令隽教授的《致中国物理学界建议书》,H Arp的《致科学界的公开信》都是在质疑宇宙大爆炸理论,大爆炸主要的依据就是哈勃定律。但是,光子长距离传播产生的红移等于零么?宇宙学红移真的存在吗?为什么红移量大于0.2时,哈勃定律中的红移量和距离的线性关系就开始偏离?为什么欧洲航天局确定的哈勃常数值为67.80±0.77(km/s)/Mpc,而美国宇航局确定的哈勃常数却是74.2± 3.6(km/s)/Mpc?
1 红移的本质
在天文学领域,科学家一般把红移分为三种:多普勒红移、引力红移和宇宙学红移,多普勒和宇宙学红移是由运动产生的,引力红移是由万有引力产生的,但为什么会产生红移,产生的本质是什么,现在并没有统一的解释。
假设红移是由于光子为了保持速度的恒定而衰减自身能量的行为,那么,光子将产生三种红移:引力红移、运动红移和距离红移。
1.1 引力红移
光子在一个引力场中,为了保证速度的恒定,必须衰减能量用于克服引力,也就是衰减自身能量克服引力势能。则下式成立:
hf - mgr =hf’ [1] (h为普朗克常数,f为光子的初始频率,m为光子的运动质量,g为重力加速度,r为星球的半径,f’光子脱离引力场后的频率),mgr就是光子在这个星球表面的引力势能。
由于m=hf/c2, g=GM/r2,(G为引力常数,M为星球质量,c为光速)代入上式得:hf -hfGM/rc2=hf’,f’=(1-GM/rc2)*f [2]
zg=f/f’-1=GM/(rc2-GM) [3](zg为引力红移量)
2.2 运动红移
如果一个光子以速度v离开观察者,则它的动量为P=mv,光子为了保证速度的恒定,也必须降低能量克服光子的初始动能:
即:hf - Pc=hf’ 成立,把P=mv和m=hf/c2代入就可以得到:
hf - hfv/c=hf’, f’=(1-v/c)*f。 [4]
其红移量在下文中给出
2.3 距离红移
设光子每传播百万秒差距的衰减系数为k,则
EL=(1-k)L*E0 (EL为光子传播L百万秒差距后所具有的能量,E0为光子的初始能量,L为光子传播的距离)。那么光子在传播L百万秒差距后的红移为:
zd=f/fn-1=(hf/hfn)-1=(Eo/En)-1=[1/(1-k)L]-1=(1-k)-L-1。 [5](zd为距离红移量)
3 讨论
主要目的是比较用传统理论和用本文的能量衰减理论对红移量计算结果的差别,并对哈勃常数是否是常数进行了分析。
3.1 引力红移
引力红移的经典解释为:在强引力作用下,光的振动介质的密度变大,导致振动频率发生变化,广义相对论按时空弯曲推得引力红移公式为:zg=GM/rc2 [6];而微积开的引力红移公式为:zg=1-exp(-GM/rc2) [7],而用本文的能量衰减论所得的等式为:zg=GM/(rc2-GM)。为了比较三种方式哪个是最合理的,分别把太阳、白矮星(bpm37093)和当rc2=2GM时的数据分别代入到三个公式中计算得到结果如表1所示.
表1 不同理论计算的引力红移量比较
从1927年比利时天文学家勒梅特首次提出宇宙大爆炸假说,认为:宇宙是由一个致密炽热的奇点于137亿年前一次大爆炸后膨胀形成的。1929年,美国天文学家哈勃根据大爆炸假说推导出星系都在互相远离的宇宙膨胀说,但从学说提出以来,怀疑者大有人在,王令隽教授的《致中国物理学界建议书》,H Arp的《致科学界的公开信》都是在质疑宇宙大爆炸理论,大爆炸主要的依据就是哈勃定律。但是,光子长距离传播产生的红移等于零么?宇宙学红移真的存在吗?为什么红移量大于0.2时,哈勃定律中的红移量和距离的线性关系就开始偏离?为什么欧洲航天局确定的哈勃常数值为67.80±0.77(km/s)/Mpc,而美国宇航局确定的哈勃常数却是74.2± 3.6(km/s)/Mpc?
1 红移的本质
在天文学领域,科学家一般把红移分为三种:多普勒红移、引力红移和宇宙学红移,多普勒和宇宙学红移是由运动产生的,引力红移是由万有引力产生的,但为什么会产生红移,产生的本质是什么,现在并没有统一的解释。
假设红移是由于光子为了保持速度的恒定而衰减自身能量的行为,那么,光子将产生三种红移:引力红移、运动红移和距离红移。
1.1 引力红移
光子在一个引力场中,为了保证速度的恒定,必须衰减能量用于克服引力,也就是衰减自身能量克服引力势能。则下式成立:
hf - mgr =hf’ [1] (h为普朗克常数,f为光子的初始频率,m为光子的运动质量,g为重力加速度,r为星球的半径,f’光子脱离引力场后的频率),mgr就是光子在这个星球表面的引力势能。
由于m=hf/c2, g=GM/r2,(G为引力常数,M为星球质量,c为光速)代入上式得:hf -hfGM/rc2=hf’,f’=(1-GM/rc2)*f [2]
zg=f/f’-1=GM/(rc2-GM) [3](zg为引力红移量)
2.2 运动红移
如果一个光子以速度v离开观察者,则它的动量为P=mv,光子为了保证速度的恒定,也必须降低能量克服光子的初始动能:
即:hf - Pc=hf’ 成立,把P=mv和m=hf/c2代入就可以得到:
hf - hfv/c=hf’, f’=(1-v/c)*f。 [4]
其红移量在下文中给出
2.3 距离红移
设光子每传播百万秒差距的衰减系数为k,则
EL=(1-k)L*E0 (EL为光子传播L百万秒差距后所具有的能量,E0为光子的初始能量,L为光子传播的距离)。那么光子在传播L百万秒差距后的红移为:
zd=f/fn-1=(hf/hfn)-1=(Eo/En)-1=[1/(1-k)L]-1=(1-k)-L-1。 [5](zd为距离红移量)
3 讨论
主要目的是比较用传统理论和用本文的能量衰减理论对红移量计算结果的差别,并对哈勃常数是否是常数进行了分析。
3.1 引力红移
引力红移的经典解释为:在强引力作用下,光的振动介质的密度变大,导致振动频率发生变化,广义相对论按时空弯曲推得引力红移公式为:zg=GM/rc2 [6];而微积开的引力红移公式为:zg=1-exp(-GM/rc2) [7],而用本文的能量衰减论所得的等式为:zg=GM/(rc2-GM)。为了比较三种方式哪个是最合理的,分别把太阳、白矮星(bpm37093)和当rc2=2GM时的数据分别代入到三个公式中计算得到结果如表1所示.
表1 不同理论计算的引力红移量比较