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(五)关于红移——先来研究一下多普勒效应

2已有 944 次阅读  2011-10-17 20:56

 

    

(五)关于红移——先来研究一下多普勒效应,

     

    红移就是天体光谱中某一谱线相对于实验室光源的比较光谱中同一谱线向红端的位移。红移z的定义是:

                         $$z=\frac{\lambda-\lambda_0}{\lambda_0}=\frac{\Delta\lambda}{\lambda_0}$$

式中$\lambda_0$是实验室光源的某一谱线波长,$\lambda$ 是天体的同一谱线波长。$z>0$  红移,波长增加;$z<0$  蓝移,波长减少。在红移问题中,z都大于0,因而往往简单地把z作为红移的符号  5。哈勃在1929年发现了星系的红移量和距离成正比的规律——哈勃定律,不久,这个哈勃定律就被人们用主观意识而催生的联想轻易地理解为光(电磁波)的多普勒效应现象——以此感悟出我们的宇宙正在膨胀。我在想,就算光(电磁波)真的存在多普勒效应现象——即红移就是光(电磁波)的多普勒效应,也不能如此草率地下结论,而是要拿出有力的证据来证明这个所谓的红移就是光(电磁波)的多普勒效应观点,否则如何说服天下人。下面我们就来探讨一下星系红移与距离成正比关系的真正成因。

     既然,现阶段的科学界都普遍认为天体的红移现象是光(电磁波)的多普勒效应造成的。那么,为了弄清事实真相,我们不得不回过头来研究一下多普勒效应,看看多普勒效应究竟是怎么回事。

    虽然多普勒效应的发生是由于波源或观察者相对介质运动而导致观察者接收到的能量波频率发生改变造成的,但是,真正使频率和波长发生改变的原因应该是波源及观察者的运动迫使波源及观察者在发射或接收能量波时的能量值发生改变造成的——是一种“能量波的能量位序”的改变造成的——是能量波的能级位置秩序的急速改变造成的。而且,在现实中,我们知道,一旦能量波发射到空中(或介质中)传播就再也不会与原波源有任何一丁点物理上的牵扯关系,即便是原波源完全消失没有了,但由这个波源发射出的波(能量)还是要继续在空中(或介质中)传播开来,直至能量完全消耗为止。我们就拿燃放焰花的过程作一个实例,在观看焰花时,虽然我们在几公里以外就已看见焰花弹(波源)因燃放时爆炸(能量释放)而消散没有了,但是,这个焰花弹在燃放爆炸时产生的爆炸声——能量波(声波)过了几秒钟之后还是能传播到我们这里来的。这一例子充分说明,已在空中(或介质中)传播的能量波与原波源已没有任何物理(能量转换方面)上的连带牵扯关系了。

     作进一步的具体分析:我们知道,波源运动(移动)的演化系统与波源发射辐射能的演化系统是两个独立的物理演化系统,因而,当波源P由静止转为运动时,它的原本正在发射能量波(机械波或光波)的状态是保持不变的,那么,它所发出的能量波的量值也肯定是继续保持不变,也因此可以确定的说,由运动产生的多普勒效应的直接因素应该是波源的急速位移的变化造成的,是波源在辐射(振动)出一个能量波(一个周波内)时的位置在不断的移动变化而造成的。看图三作详细分析:

   

    图中: P表示能量辐射状态保持不变的静止波源,P`表示能量辐射状态保持不变而正在运动中的波源(朝观察者运动的波源),Q表示静止观察者,Q`表示运动中的观察者(向波源运动的观察者),$\lambda_0$表示波源静止时所发能量波的波长,$\lambda$表示因波源的运动使频率变化后的波长,$\lambda_g$表示运动中的观察者所接收到的波长。从图中可以看出,频率的改变就发生在A区域与B区域。也就是当波源运动,观察者静止时,频率的改变只发生在紧靠波源这一端——图中的A区域。这时,整个多普勒效应的物理演绎过程是:波源P‵是在移动中继续不停地发射能量波,它一边在发射能量波的同时一边在追赶自己发射的前一个能量波,而当波源完成一个周波的发射过程时,波源已从P位置移位到P`位置,与波源静止时相比,在发射一个周波所形成的空间距离上看,原本因有的波长$\lambda_0$缩短了,也就是说,在这一个周波内,波源发射能量波的原有发射空间缩小了,而相应的能量波的发射能量密度肯定是增加了。而且,在整个发射传播过程中,能量波在空中(或介质中)传播的波速是固定不变的(至于为什么不变,后面会作进一步的讨论)。因此,在波源的运动方向连线上,如果波源的运动速度和已发射在介质中的能量波的速度相等,那么在波源前进的方向连线上,波源正在发射出的能量波与已在介质中传播的能量波是紧紧叠加在一起,这样势必造成前波与后波的能量将叠加在一起,使得该方向连线上的波长似乎等于零。这种运行状态下的能量波的具体动态演绎请看图四的上图。如果波源的运动速度正好等于原能量波波速的二分之一,根据前面的分析推理,可以得出,在这个波源运动方向连线上的波长也应该等于波源静止时所发能量波波长的二分之一,看图四下图。

     经上面分析,说明波长的变量$x$和波源移动速度$u$与所发射的辐射波的波速$V$之间的比值有关,用公式表示:

                                                                                      $$x=\lambda_0\frac{u}{V}$$    ,

       计算在这个波源运动方向连线上传播的能量波波长是:$$\lambda=\lambda_0-x=\lambda_0-\lambda_0\frac{u}{V}=\lambda_0(1-\frac{u}{V})$$

式中$u$为波源1秒钟所运动的距离,$V$为波在介质中1秒钟所传播的距离。这时,该波源在运动过程中发射到空中(介质)传播的辐射波的波长就是$\lambda$$\lambda_0$表示波源静止时所发的辐射波波长。

    下面再来分析当观察者运动时的情况。由于观察者的运动,使得观察者和正在介质中传播的能量波都呈现为移动状态,这时再用前面的方法去分析他们之间演化的量化关系就比较复杂了,复杂的难点就是计算比较难,所以我们还是用另一种方法来分析计算观察者在运动时接收到的能量波数据。

    当观察者静止时所接收到的能量波,就是已在介质中稳定传播并且能量结构也相对稳定的一种能量波;而当观察者运动时所接收到的能量波,与静止观察者所接收到的能量波的能量密度(频率)是不同的,这个能量密度的变化是由于观察者在接收这个能量波时自己本身的移动变化造成的。具体来说,频率的量变只发生在紧靠观察者一端,即图三中的B区域。在这个区域形成的多普勒效应的物理机制肯定是由于观察者的位移运动造成的。如果观察者的运动方向与能量波的传播方向一致,并且观察者的运动速度与能量波的传播速度也是同一速度,在这种状态下,运动中的观察者仿佛始终与传播中的能量波的某一波阵面粘结在一起移动似的。如此,相对观察者来说,这个波源所发射的能量波频率也就必定近似于零(不考虑传播介质的漂移)。再如果,当观察者的运动方向与这个能量波的传播方向是相向的,而且观察者的运动速度与能量波的传播速度也是同一速度,情况又如何呢?请看图五:

    图中直线段AB是观察者用1秒钟时间从A点移位到B点的距离,而直线AB段内这些能量波(波阵面)也要在1秒钟内从B点向A点方向移出。也就是AB线段中的这些能量辐射波在1秒钟时间内因辐射运动而全部都要经过A点;而且图中BC(虚线)线段等于AB线段,即BC=AB,同样,BC线段中的这些能量波也要在1秒钟的时间内都要经过B点移出。这样就可以看出,当观察者在1秒钟的时间段内从A 点移位到B点的过程中,观察者不但在移动的路段上要接收到在这1秒钟内要经过A点的全部波能量(AB线段中包含的能量波),而且还要接收到前面从C点方向传播过来的能量波,当观察者正好位移到B点时,也正好全部接收了在这个时间段内要经过B点的全部波能量(BC虚线段所包含的能量波),与静止在A点的观察者相比,运动中的观察者接收到的能量波密度(频率)增加了一倍。通过这个能量波演绎的科学实验的分析,可以看出,运动中的观察者接收到的能量波的能量密度(频率)的变量和观察者的运动速度与已在介质中传播的能量波的移动速度之间的差值有关。也就是当观察者的运动方向与波的传播方向是同一方向,那么它们之间的移动速度物理量就相减;而当它们之间的运动方向是相向的话,那它们之间的移动速度物理量就是相加。用公式表示,就是:

                                                                                      $$\nu^\prime=\frac{V\pm\upsilon}{\lambda}$$

假设它们之间的运动方向是相向的,这时用公式表示就是:

                                                                                   $$\nu^\prime=\frac{V+\upsilon}{\lambda}$$        

这个公式通过“数学推演”得到如下关系式:

                                                 $$\nu^\prime=\frac{V+\upsilon}{\lambda}=\frac{V}{\lambda}(1+\frac{\upsilon}{V})=\nu(1+\frac{\upsilon}{V})$$                    6。

式中\(\upsilon\)  表示观察者在1秒钟时间内所行进的距离;V 表示在介质中传播的能量波在1秒钟内所行进的距离;$$\nu^\prime$$ 表示运动中的观察者接收到的能量波频率;$$\nu$$ 表示静止不动的观察者接收到的原有频率——已经稳定地在介质中传播的能量波频率。

     通过上面分析,我们可以答出如下结论:

1、通过$$\lambda=\lambda_0-x=\lambda_0-\lambda_0\frac{u}{V}=\lambda_0(1-\frac{u}{V})$$$$\nu^\prime=\frac{V+\upsilon}{\lambda}=\frac{V}{\lambda}(1+\frac{\upsilon}{V})=\nu(1+\frac{\upsilon}{V})$$这两个公式的分析讨论,可以得知,多普勒效应现象的产生只发生在能量波的激发端和接受端,也就是图三中的A区域与B区域,与整个能量波的主体传播机制没有直接关系。因此可以说,就算光(电磁波)确实存在多普勒效应现象也不能拿哈勃定律来说事。也就是说,在宇宙星空中发现的红移与距离成正比关系的现象并不是光(电磁波)的多普勒效应现象。

2、已经在空中(或介质中)稳定传播的能量波的能量密度(频率)不会因观察者的运动而发生变化。也就是说,已经在空中稳定传播的能量波的波长、频率等物理量不会因“观察者的运动”而发生变化,否则也就无法显现出运动观察者与静止观察者有所区别的所谓的多普勒效应现象。

3、通过上述分析可以肯定,所谓的宇宙膨胀假设跟哈勃定律的事理扯不上关系,因为多普勒效应不能用来验证宇宙空间的红移现象的演化机制。也就是说,宇宙星系时空的红移现象不可能是宇宙膨胀的结果。总不见得认为,根据星际红移的观察数据分析,离我们越远的星球它的飞行速度就越快,而且正在高速地离我们远去?这完全不符合宇宙演化的逻辑性和规律性。总之,形成多普勒效应的物理机制是由于波源以及观察者的移位运动,使得波源以及观察者在激发或吸收能量波时的能量波密度(频率)发生改变造成的,而与原能量波的演化状态无关。

    宇宙星际的红移现象跟我们认知的多普勒效应的物理机制是扯不上关系的,如果你硬要认为星系时空的红移现象是由于宇宙空间的膨胀导致的,是整个宇宙空间的膨胀导致畅游在星际空间的光辐射(电磁波)的普线向红端位移(光辐射的波长因整个宇宙空间的膨胀而延伸加长)造成的,那你就得另找一个有份量的能证明宇宙空间膨胀的证据来证明宇宙正在膨胀。

     根据上述对多普勒效应现象的整个演化事理的分析,基本可以说,就算光辐射(电磁波)确实存有多普勒效应,你也不能如此草率地下结论,说什么,星系红移现象就是光辐射的多普勒效应现象,并以此杜撰出我们的宇宙正在膨胀。

 

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发表评论 评论 (3 个评论)

  • 邱有良 2011-10-18 09:16
    好,分析得有理,在我的文章中,有类似的分析,文章中不能看到图形很遗憾,能否把全文发到我邮箱:605168434@qq.com
  • 关宇 2011-10-18 19:15
    秋实: 好,分析得有理,在我的文章中,有类似的分析,文章中不能看到图形很遗憾,能否把全文发到我邮箱:605168434@qq.com
    朋友:你好!真的,我没有发过邮件,不知道怎样发送。还有,我不是把图形都加载到文章里了吗?
  • 钟杏生 2011-10-22 21:00
    被地球观察者观测到的恒星红移量表示恒星与地球之间距离在加速增加,被认为是宇宙加速膨胀。红移量是客观存在,如果除了恒星与地球距离有加速背离,没有其它引起红移,就不能否定宇宙加速膨胀说。我是从宇宙万物的第一推动力是看不见物质——元粒子包围宇宙万物的压力,于是,两物质之间的压力小于外侧的压力,就产生了万有引力现象,压力与斥力同在。根本不会使天体间距离增加,更不会加速增加,我没有能够认识到引起红移的其它原因。如果能够找到引起红移的其它原因,说明天体之间的距离不是在加速增加,那就是你们的理论成果。那就能够说明今年的诺贝尔物理学奖真的是发错了,明年的就应该发给你们。努力找一找,试试。
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