（五）关于红移——先来研究一下多普勒效应

 

     

（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：

                          

式中 是实验室光源的某一谱线波长， 是天体的同一谱线波长。  红移，波长增加；  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所催生的联想，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）确实存在多普勒效应现象，也不能如此草率地下结论，论为红移就是光（电磁波）的多普勒效应，就是宇宙膨胀的象征。这一说法可要拿出有力的真凭实据来噢！否则无法说服天下人，因为多普勒效应不是这样理解的。下面我们就来探讨一下星系红移与距离成正比的可能因素，以及多普勒效应的真正成因。

    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，是一种以能量波的能量位序的异常改变造成的，是能量波的能级位置秩序的急速改变造成的。大家应该知道，一旦现实中的能量波发射到空中（或介质中）传播，就再也不会与原激发源有任何一丁点的质能转换上的牵扯关系了，即便是激发波源完全消失不存在了，但由这个波源发射出的，并且还在空中传播的能量辐射（能量波）还是得继续在空中（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，虽然我们站在几公里以外就已能看见五彩缤纷的焰花了，看到焰花弹在空中爆炸散开（能量释放）——直至消散殆尽。焰花弹虽然炸没了，但是，这个焰花弹在燃放爆炸时产生的爆炸声——声波（能量波）过了几秒钟之后还是传播到了我们这里，使我们听到了滞后的燃放焰花的隆隆爆炸声。这一事例充分说明，已在空中（或介质中）传播的能量波与原激发源已不存在任何物理(能量转换方面)上的牵扯关系了。

    作进一步的分析讨论。我们知道，波源运动（移动）的演化机制与波源激发辐射能的演化机制是两个各自独立的演化子系统。因此，当波源P由静止转为运动时，它的原本正在激发的能量（机械波或辐射波）的演化状态是保持不变的。也就是它原本正在发射的能量波将继续保持原激发状态而不变。也因此可以肯定地说，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造成的，是波源在辐射（振动）出一个能量波（一个周波）的实际空间位置在不断的移动变化造成的。下面看图三作详细分析：

 

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）, 表示波源静止时所发能量波的波长， 表示因波源的运动使频率变化后的波长， 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，与已在空中（介质中）稳定传播的能量波无关，否则不同距离的观察者将听到不同频率的声音，而且运动观察者也不易区分出多普勒效应来。也就是说，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原有量值的能量波，它一边在发射能量波的同时一边在追赶自身发射出的前一个能量波。而当波源完成一个周波的激发过程时，波源已从P位置移位到P`位置，与波源静止时相比，这个能量周波所涵盖的实际跨越空间（波长 ）缩短了。也就是说，波源在这一个周波内，激发出的能量波的实际占有空间缩小了，因而相应的，在激发量值不变的情况下，这一周波里的空间能量密度肯定比前一个周波里的空间能量密度紧密些。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的，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 和波源移动速度 与所发射的辐射波的波速 之间的比值有关，用公式表示：

                                         ，

计算在这个波源运动方向连线上传播的能量波波长是：

。

式中 为波源1秒钟所运动的距离， 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）传播的辐射波的实际波长就是 ， 表示波源静止时所发的辐射波波长。

下面再来分析一下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，其实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，虽然与观察者静止时所接收到的能量波是出之同一个能量源，但是，由于观察者的运动，使得所接收到的能量波密度（频率）大不相同了，这个能量密度的不同是由于观察者在接收这个能量波时自身的急速移动造成的。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，这种情况又如何呢？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，而且直线AB段内的能量波（AB段内的所有波阵面）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点移出；同样，图中的BC虚线段（BC虚线段等于AB线段，即BC=AB）,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。这样也就可以看出，当运动中的观察者在1秒钟的时间段内，从A 点移位到B点的过程中，这个运动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），而且还要全部接收到前面从C点方向（BC线段中）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点的全部能量波（BC虚线段所包含的能量波），与静止在A点的观察者相比，运动中的观察者在这个时段内接收到的能量波密度（频率）增加了一倍。通过这个科学实验中的能量波演绎的分析可以看出，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能量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：

                                

假设它们之间的运动方向是相向的，这时用公式表示就是：

                                                

这个公式通过“数学推演”得到如下关系式：

                6。

式中 υ  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；  表示运动中的观察者接收到的能量波频率；  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 和 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，与整个能量波的传播距离没有直接关系。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能盲目地认为是光（电磁波）的多普勒效应造成的。

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之间的差别——即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无法用哈勃定律来说事。因为宇宙星际的红移现象跟我们分析而认知的多普勒效应的物理机制扯不上关系。如果有人硬要认为星系时空的红移现象就是因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）的普线向红端位移造成的，那你就得重新拿出你认可的、有份量的、能证明宇宙空间确实正在膨胀的证据来证明宇宙空间的正在膨胀。

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的学说。

      

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