多普勒效应及引力红移的内在联系

多普勒效应及引力红移的内在联系

胡良

深圳市宏源清实业有限公司深圳市 518004

摘要：

对遥远星系（包括类星体）的观测表明这些天体存在红移（即从这些天体发射出的电磁波长会变长）。而这种红移，产生的原因是引力红移，而不是多普勒频移。

关键词：引力红移，多普勒效应，大爆炸理论

Doppler Effect and Gravitational Redshift

Hu Liang

SHENZHEN HONGYUANQING INDUSTRIAL CO., LTD. SHENZHEN 518004

Summary: Observations of distant galaxies, including quasars, suggest that these objects have redshifts (ie, the wavelengths of electromagnetic waves emitted from these objects become longer). The redshift, the cause of gravity redshift, rather than Doppler frequency shift. Therefore, the Big Bang theory is wrong.

Keywords: gravitational redshift, Doppler effect, Big Bang theory

1.多普勒效应

频移现象就是由于振源及观察者之间存在相对运动，从而使得观察者听到的声音频率与振源频率不同的现象。因为，声源相对于观测者运动时，观测者听到的声音会变化。当声源远离观测者而去时，声波的波长就会增加；当声源接近观测者时，声波的波长就会减小。

光（电磁波）的多普勒效应（计算公式）分为三种：

第一：纵向多普勒效应：f'=f [(c+v)/(c-v)]^（1/2）

其中v为波源与接收器的相对速度。当波源与观察者接近时，v取正，称为“紫移”或“蓝移”；否则v取负，称为“红移”。

第二：横向多普勒效应：f'=f（1-β^2）^（1/2）其中β=v/c

第三：普遍多普勒效应：f'=f [（1-β^2）^（1/2）]/（1-βcosθ）

其中β=v/c，θ为接收器与波源的连线到速度方向的夹角。纵向与横向多普勒效应分别为θ取0或π/2时的特殊情况。

2.引力红移

从远离引力场的地方观测时，在引力场中的辐射源发射出来的谱线，其波长会变长一些，体现为红移。因为引力的存在，当光子向上行进远离地表的时候，光波会损失一部分动能，从而波长变长，频率下降。　

　假设有一个光脉冲从高处向下发出。光波向下运行到达地面，原本静止在地面的探测器相对于光，体现为向上做加速运动。相对于光脉冲而言，光源在发出光脉冲的时候是静止的；但是当光脉冲被探测到的时候，探测器迎着光脉冲运动。由于多普勒效应的影响，探测器测到的光波的频率变大。

例如，辐射伽马射线的原子核，是包含在高质量晶体内的大量原子核中的一个；那么，每一次辐射出来的伽马射线的能量几乎相同。这样，辐射出来的伽马射线就可以被另外一个处于基态的同一类原子核吸收。

但是在辐射伽马射线的原子核和吸收伽马射线的原子核之间有相对运动的时候；由于多普勒效应，任何相对运动会导致光波的频率改变；就会体现为不能被同一种的另一个原子核吸收。

3大爆炸理论

　　大爆炸理论有两个基本假设：物理定律普适性及宇宙学原理。宇宙学原理，体现为在大尺度上，宇宙具有均匀性及各向同性的。

　大爆炸本质并不是物质的爆炸，物质的爆炸是从内向外扩散至整个宇宙空间。大爆炸本质是在每一处的空间本身随着时间的膨胀，从而使得两个共动天体之间的物理距离会不断增长。

　大爆炸时空有一个重要特点，就是视界的存在。由于宇宙具有有限的年龄，而且光具有有限的速度；这样就可能存在某些过去的事件，无法通过光向我们传递信息。

　大爆炸理论最直接的观测证据是：星系红移观测到的哈勃膨胀，宇宙微波背景的精细测量，宇宙间轻元素的丰度，大尺度结构和星系演化。

对遥远星系和类星体的观测表明这些天体存在红移（这些天体发出电磁波的波长会变长）。这些红移具有均匀性及各向同性的。如果将这种红移是多普勒频移，就可推知天体的退行速度。

如果将各个星系的退行速度及它们到地球的距离表达出来，则可发现两者之间，存在一个线性关系（哈勃定律）：

　　v=H*D。其中：v 表达星系（其他遥远天体）的退行速度。D 表达距天体的共动固有距离。H 表达哈勃常数。

　对于距离远小于可观测宇宙尺度的情况，哈勃红移常被理解为因退行速度（v）造成的多普勒频移；而本质上，哈勃红移并不是真正的多普勒频移，而是在光从遥远星系发出，而后被观测者接收的这个时间间隔内，宇宙膨胀的结果。天文学上，观测到的高度均匀分布及各向同性的红移，都支持着宇宙在各个方向上看起来都相同。微波背景辐射的辐射被观测到是各向同性的，并且对应的黑体辐射温度。

　任何信息的传递速度不可能超过光速，对于一个存在有限时间的宇宙而言，就存在一个视界问题。微波背景辐射的各向同性与视界问题存在矛盾。

常识性理念告诉我们，宇宙是无限的。不管任何形式爆炸，它的范围都是有限的，这说明宇宙是有限的。这也是一个存在的矛盾。

4.大爆炸理论是错的

第一：引力红移的原因：

动能（Ek）的量纲是[L^(3)T^(0)]*[L^(2)T^(-2)]*[L^(0)T^(-1)]或[L^(3)T^(-1)]*[L^(2)T^(-2)]*[L^(0)T^(0)]

势能（Ep）的量纲是[L^(3)T^(0)]*[L^(2)T^(-2)]*[L^(1)T^(0)]或[L^(3)T^(-1)]*[L^(3)T^(-1)]*[L^(0)T^(0)]

能量（E）的量纲是[L^(3)T^(0)]*[L^(2)T^(-2)]*[L^(1)T^(-1)]或

[L^(3)T^(-1)]*[L^(2)T^(-2)]*[L^(1)T^(0)]

可见: [E^(2)]/C=Ek*Ep. 或 E^(2）=Ek*Ep*C

或 Ek=[Ep*C]/[E^(2）] 或Ep =[Ek*C]/[E^(2）]

根据能量（E）守恒定理，从以上方程，可知：对于遥远星系，从遥远星系发出的电磁波（光子），远离该遥远星系，飞向地球。此时，由于宇宙中物质的引力存在，光子的势能变大，从而该光子的动能变小，波长变长，体现出红移现象（从这些天体发出的电磁波波长会变长）。遥远星系离地球越远，从遥远星系发出的电磁波（光子）的势能变得越大，从而该光子的动能变得越小，波长变得越长，体现出红移现象（从这些天体发出的电磁波波长会变长）越明显。

第二：多普勒效应引起红移原因

关于真空中光速不变的原因，从光的波动性来看，当光源远离观测者运动时，观测者观察到的电磁波谱会发生红移，光的波长变长，频率变小。

光的波动性量纲表达式[L^(3)T^(0)]*[L^(2)T^(-2)]*[L^(1)T^(-1)]，

等价于[L^(3)T^(0)]*[L^(2)T^(-2)]*[L^(0)T^(-1)*L^(1)T^(0)]，

即[L^(3)T^(0)]*[L^(2)T^(-2)]*[ν*λ]。体现为最小的能量单元。

当光源远离观测者运动时，所发的光的速度仍然是光速，但光谱会发生红移，光的波长变长，频率变小，所发射光的动能减小。动能，Ek=h*ν，其中，普朗克常数（h）的量纲是[L^(3)T^(0)]*[L^(2)T^(-2)]；频率（ν）的量纲是[L^(0)T^(-1)]。

这意味，此时，光源运动的动能会影响到光子（导致频率减小，波长变长），但光速不变。也就是说，光源运动对光子的影响通过频率（或波长）表达。从另一角度来看，这就是多普勒效应，体现了光谱产生的原因。

对遥远星系（包括类星体）的观测表明这些天体存在红移（即从这些天体发射出的电磁波长会变长）。而这种红移，产生的原因是引力红移，而不是多普勒频移。因此，大爆炸理论是错误的。

任何信息的传递速度不可能超过光速，对于一个存在有限时间的宇宙而言，就存在一个视界问题。微波背景辐射的各向同性与视界问题存在矛盾。这也说明大爆炸理论是错误的。

微波背景辐射实质上是更远的遥远星系（包括类星体）发射出的电磁波，由于引力红移效应更强，波长更长的结果。

常识性理念告诉我们，宇宙是无限的。不管任何形式爆炸，它的范围都是有限的，这说明宇宙是有限的。这也是一个存在的矛盾。因此，大爆炸理论是错误的。

5结论