星系红移

1929年，美国天文学家哈勃发现，在宇宙空间不仅几乎所有的星系都具有谱线红移现象，而且还存在着星系的红移量与该星系的距离成正比的关系，因此认为越远的星系正在以越快的速度飞驰而去，这被称为哈勃定律。

哈勃定律提出，天文学家通过观测星系的谱线红移量，求出星系的视向速度，进而得出它们的距离。例如，一个以1700km/秒的速度远离而去的星系，其距离约1亿光年；一个以17000km/秒的速度远离而去的星系，其距离约10亿光年。目前已观测到的最远星系，正以与光速相差无几的速度远离而去，其距离达100多亿光年。为什么星系都在远离去呢？红移的本质是什么？为什么会存在哈勃定律？这些问题已经争论了半个多世纪了，但一直未能得到圆满的解释，因而成为天文学里的无解问题。在哈勃定律发表前两年，比利时天文学家勒梅特就提出了宇宙膨胀的概念。1930年，英国天文学家爱丁顿把勒梅特的模型和哈勃定律联系起来，称宇宙为膨胀的宇宙。1932年勒梅特进一步提出现在观测到的宇宙是一个巨大的原始火球爆炸而形成的。到了1940年，在发现了太阳的巨大能源来自热核反应后，美国物理学家伽英夫把宇宙膨胀论和基本粒子的运动联系起来，提出了热大爆炸宇宙学。他认为宇宙起源于高温、高密度的，“原始火球”的一次大爆炸。在热大爆炸模型提出后的一段时间内，很少有人关心它。直到1965年，美国贝尔电话实验室的彭齐亚斯和威尔逊发现了3K微波背景辐射(也称宇宙背景辐射)后，才使大爆炸学说一跃成为最有影响的学说。随着其他研究者的后继测量，宇宙背景辐射已成为大爆炸模型有效性的有力见证，成为考虑宇宙中大足度流动的有用的“绝对框架”，还因其表现的各向同性，成为发表星系形成理论的重要约束。

另外一些天文学家不认为星系谱线红移是由它们的退行速度引起的，因此也就不存在宇宙膨胀的问题。然而，要在多普勒效应之外，再找出红移的另一种解释。有一种解释认为：发出光谱的天体因本身的物理状态不同而产生红移。例如由于星系那里引力特别大，因此发出的光谱中红移特别大，这叫做引力红移。引力红移是广义相对论的预言之一。根据广义相对论，当一个观察者从远离引力场的地方，观测处在引力场中的辐射源发射出来的光的时候，谱线会向长波方向移动，移动量与辐射源和观测者两处引力势差的大小成正比。这种效应最初是在白矮星中得到证实的。但根据引力理论计算的结果来看，引力对红移的影响很小，不足以说明观测到的星系红移现象。另一种解释则认为光线与传播途中物质相互作用产生红移。光线由星系发出之后，要经过若干万光年才能到达地球，光在长途传播中要穿透许多星系区域，光和物质发生了某种相互作用，使光谱产生红移。星系越远，途中遇到的物质就越多，因而红移也就越大，但光与物质相遇如何相互作用而产生红移，还没有令人满意的解释。

少数天文学家认为类星体红移不是宇宙学的。对某些类星体和亮星系进行抽样统计研究，发现有些互相成协(即联在一起)的星系或成协的星系和类星体彼此之间的红移量完全不同或相差很大。另外发现有些类星体的光谱中，其吸收线的红移量与发射线的红移量互不相同，而且不同的吸收线还有各不相同的红移量，即多重红移。目前，已提出的除了引力红移、光子老化、物理常数变化等红移机制外，还有一种所谓的“横向多普勒效应”。

哈勃与助手赫马森合作发现远方星系谱线的红移与距离成正比，这是唯一被大量实验数据证实的。然而，星系的运动速度并没有得到进一步验证，目前仍有较大争议。根据暗物质正反粒子偶极子理论，电磁波由正反粒子偶极子传递，频移与传播距离、正反粒子偶极子密度有关。

预测与验证：

① 采用较高声阻尼物质进行测试，测量声频与距离关系。

② 采用较高频率的光，如γ射线在光的高阻尼介质，如金、银、铂等物质中传播。

③ 哈勃发现星系红移量与该星系的距离成正比的关系的事实，只是“越远星系正在以越快的速度飞驰而去”的推论存在问题。

张延年 - 暗物质与宇宙模型.pdf