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gwjian新蟲(chóng) (初入文壇)
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對(duì)哈勃定律多普勒效應(yīng)解釋的再認(rèn)識(shí)
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—兼對(duì)過(guò)去該問(wèn)題認(rèn)識(shí)偏面性錯(cuò)誤的糾正 作者 茍文儉 哈勃定律是美國(guó)天文學(xué)家愛(ài)德溫.哈勃發(fā)現(xiàn)的宇宙學(xué)定律，具體是指宇宙中河外星系發(fā)出的可見(jiàn)光的紅移量，與由星系亮度決定的距離成正比。 多普勒效應(yīng)是一種解釋聲源運(yùn)動(dòng)影響聲頻改變的理論，其文字表述內(nèi)容是：當(dāng)聲源向著觀測(cè)者運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀測(cè)者得到的聲波波長(zhǎng)被壓縮，聲頻向高端移動(dòng)（蘭移）；當(dāng)聲源離開(kāi)觀測(cè)者運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀測(cè)者得到的聲波波長(zhǎng)被拉長(zhǎng)，聲頻向低端移動(dòng)（紅移）。 當(dāng)代物理主流對(duì)哈勃定律的解釋是：河外星系可見(jiàn)光的紅移形成于多普勒效應(yīng)，因此這些星系正在遠(yuǎn)離我們，宇宙空間在持續(xù)膨脹。設(shè)宇宙膨脹形成的河外星系退行速度為V，與我們的距離為d，則哈勃定律又可表示為V=H0×d（比例常數(shù)H0也稱是哈勃常數(shù)）。 （一） 以原子輻射可見(jiàn)光為例。如下的表示中：A為原子，S為固定的空間點(diǎn)，M為觀測(cè)者，它始終與S處于靜止?fàn)顟B(tài)；箭頭線1、2表示A相對(duì)于S向左或向右的運(yùn)動(dòng)速度，箭頭線γ表示A輻射的光子。 (u)(1)←◎(A)→(2)(u)…→(γ)…………………………(S)◎…◎(M) 設(shè)A相對(duì)于S靜止時(shí)輻射γ的頻率為ν0，A在如上的運(yùn)動(dòng)中也做相同輻射躍遷，頻率為ν。以A與γ為系統(tǒng)，由能量守恒及動(dòng)量守定律，并考慮相對(duì)論效應(yīng)，兩種情形是： 1、u的方向與γ的輻射方向相反，結(jié)果是ν=ν0[1-(u0/c)^2]^(1/2)/[1+(u0/c)]。 此時(shí)γ的頻率減小，有多普勒效應(yīng)發(fā)生，為紅移；屬于光源離開(kāi)觀測(cè)者M(jìn)運(yùn)動(dòng)、光波被拉長(zhǎng)的情形（c為真空中的光速）。 2、u的方向與γ的輻射方向相同，結(jié)果是ν=ν0[1-(u0/c)^2]^(1/2)/[1-(u0/c)]。 此時(shí)γ頻率增大，有多普勒效應(yīng)發(fā)生，為蘭移；屬于光源向著觀測(cè)者M(jìn)運(yùn)動(dòng)、光波被壓縮的情形。 兩種情形輻射的γ頻率不同，能量不同，源于運(yùn)動(dòng)原子與靜止原子的能級(jí)不同、原子運(yùn)動(dòng)時(shí)輻射躍遷方式與原子能量變化有關(guān)�？梢�(jiàn)光的能量是由頻率ν決定的。即這種情形，光在多普勒效應(yīng)中頻率的改變形成的能量增多或減少的變化、與原子輻射的實(shí)際相符。 （二） 還是用原子輻射的可見(jiàn)光為例，與（一）的條件不同：假定原子A相對(duì)于S始終靜止，觀測(cè)者M(jìn)相對(duì)于S向左或向右以u(píng)的速度運(yùn)動(dòng)，其表示如下。 (A)◎…→(γ)…………………………(S)◎…(u)(1)←◎(M)→(2)(u) 此時(shí)，A輻射γ的頻率始終都為ν0。但根據(jù)運(yùn)動(dòng)的相對(duì)論效應(yīng)，仍可以計(jì)算出(1)、(2) 兩種情形M觀測(cè)到的γ頻率會(huì)發(fā)生不同的變化，也有多普勒效應(yīng)。因此在這種情形中：可見(jiàn)光的能量并非由輻射源的能量變化決定，而是由觀測(cè)者與輻射源的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)決定。顯然，這種條件下的計(jì)算結(jié)果與原子輻射的實(shí)際完全相悖。 （三） 再考察哈勃定律多普勒效應(yīng)解釋中的情形。在如下的表示中：S、K分別表示宇宙中的兩個(gè)星系，箭頭線1、2分別表示在宇宙空間持續(xù)膨脹中，S、K之間的距離被拉長(zhǎng)的方向，不是S、K運(yùn)動(dòng)的表示。箭頭線γ是S中原子A輻射的光子，觀測(cè)者M(jìn)居于星系K中。 (1)←◎(S)(A)…→(γ)…………………………………(K)◎(M)→(2) 特別注意：物理量都是實(shí)際測(cè)量所得。在對(duì)時(shí)間空間的測(cè)量中，我們使用的空間測(cè)量單位x0、時(shí)間測(cè)量單位t0都是今天人為規(guī)定的，在宇宙空間膨脹的100多億中，考慮均勻膨脹的簡(jiǎn)單情形，今天的x0、t0也必然都會(huì)跟著宇宙空間膨脹做同步變化，如果我們用同步變化的x0、t0去測(cè)量S、K之間的時(shí)間空間，所得其取值當(dāng)然也就會(huì)始終保持不變。即在宇宙空間的持續(xù)膨脹中，由于時(shí)間空間測(cè)量單位的同步變化，任意星系之間測(cè)量到的時(shí)間空間量均不發(fā)生改變，它們之間當(dāng)然就不會(huì)構(gòu)成相對(duì)運(yùn)動(dòng)。對(duì)此，還容易理解如下兩點(diǎn)認(rèn)識(shí)： 1、用今天人為規(guī)定的不變的x0、t0，去測(cè)量宇宙持續(xù)膨脹的時(shí)空，其測(cè)量值因不符合宇宙存在的實(shí)際，將無(wú)任何實(shí)際意義。 2、宇宙空間膨脹、星系間的距離要增大，但與空間不膨脹時(shí)、運(yùn)動(dòng)學(xué)定義的存在物相對(duì)位置的變化完全不是同一件事，這種距離增大并不滿足運(yùn)動(dòng)學(xué)中對(duì)運(yùn)動(dòng)的定義。 （四） 數(shù)學(xué)演繹并不等于物理理論。只有當(dāng)數(shù)學(xué)演繹與它所描述對(duì)象的實(shí)際存在完全保持一致時(shí)，其演繹才是有效的。對(duì)此就稱是物理理論的數(shù)學(xué)演繹原則。這也是物理學(xué)是實(shí)驗(yàn)科學(xué)的本質(zhì)特征所規(guī)定的原則。 上述原子舉例的第一種情形中：對(duì)光頻率變化的數(shù)學(xué)計(jì)算完全滿足物理理論的數(shù)學(xué)演繹原則，光的多普勒效應(yīng)實(shí)際能夠發(fā)生。 上述原子舉例的第二種情形中：對(duì)光頻率變化的數(shù)學(xué)計(jì)算不滿足物理理論的數(shù)學(xué)演繹原則，光的多普勒效應(yīng)也就決不可能發(fā)生。 在宇宙空間持續(xù)膨脹的情形中：由于無(wú)法用光源與觀測(cè)者的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)描述星系間距離的改變，不滿足多普勒效應(yīng)的發(fā)生條件，哈勃定律的多普勒效應(yīng)解釋就并不成立。 數(shù)學(xué)演繹正確，但違背了物理理論的數(shù)學(xué)演繹原則、導(dǎo)致完全錯(cuò)誤的結(jié)果，這在當(dāng)代物理理論研究中并非個(gè)例。如量子場(chǎng)論中，憑正確的數(shù)學(xué)演繹得到了質(zhì)量在110Gev至155Gev之間有希格斯粒子，實(shí)際根本就不存在。即希格斯粒子就是在當(dāng)代物理理論中、由于違背了物理理論的數(shù)學(xué)演繹原則而構(gòu)成的一個(gè)最典型的錯(cuò)誤。 （五） 在9月8日，作者在該網(wǎng)發(fā)表了《哈勃定律的多普勒效應(yīng)解釋真的成立嗎？》的文章，認(rèn)為哈勃定律形成于多普勒效應(yīng)，就會(huì)得出可見(jiàn)光的能量而由觀測(cè)者與輻射源的相對(duì)運(yùn)動(dòng)決定，并由此結(jié)論說(shuō)，這就顛覆了（1）愛(ài)因斯坦對(duì)光電效應(yīng)的解釋；(2)狹義相對(duì)論的光速不變?cè)恚?3)玻爾的原子模型等理論，構(gòu)成了當(dāng)代物理理論的災(zāi)難。 作者在該文中所做的論述表明，只有上述原子舉例的第二種情形，才有可見(jiàn)光的能量唯一決定于觀測(cè)者與輻射源的相對(duì)運(yùn)動(dòng)、這種完全違背物理理論的數(shù)學(xué)演繹原則的錯(cuò)誤結(jié)論。 在《哈勃定律的多普勒效應(yīng)解釋真的成立嗎？》中，作者所述的哈勃定律形成于多普勒效應(yīng)的災(zāi)難，是偏面的完全錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)，現(xiàn)在特別做出糾正，并向讀過(guò)該文章的網(wǎng)友們真誠(chéng)地表示致歉，也向參與上次文章討論的網(wǎng)友們表示由衷的感謝。 寫于2011-11-7 |
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