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[转载]Tired light denies the Big Bang_“疲光”理论否定“大爆炸”(正式出版版本)
shaominghui 2019-11-12 17:54
1929年,哈勃的研究导致了大爆炸理论。同一年,兹维基提出了疲光假说,2013年,邵明辉将此假说发展为基于波粒二象性,质能等价原理,电磁场理论,洛伦兹原理等定律基础之上的科学定理。此说否定了大爆炸宇宙模型。 2019年,IntechOpen正式出版“Redefining Standard Model Cosmology”(印刷版+电子版)。 Tired_Light_Denies_the_Big_Bang.pdf
个人分类: 宇宙学|1791 次阅读|0 个评论
太子存在的又一证据:压力红移(太子弦压缩机制)
tyctyc 2017-5-22 18:45
我在狭义相对论 http://blog.sciencenet.cn/blog-531273-730319.html 中指出,相对论的两大效应是长度(x)缩小和时间(x/c) 缩小, 当有质量的粒子被加速时,粒子的太子被压缩太子密度升高,对外表现为质量增长,那里的时间缩小,对外表现为不稳定粒子的寿命延长。 我在另一博文 http://blog.sciencenet.cn/blog-531273-960841.html 指出光子是一维太子弦的波动。 相对论的长度缩小应该是 一维太子弦的缩小。该说法有没有实验证据?有!请看:在高压物理中, 在高压下 物质 产生 的荧光波长 变长了 (压力红移) https://wenku.baidu.com/view/be05c24650e2524de5187eb2.html?re=view p27-29页, 图1.压力红移示意图,该图引自 https://wenku.baidu.com/view/be05c24650e2524de5187eb2.html?re=view p27-29 页 ,无商业目的。 与低压区(低太子 弦 密度区)相比,高压区(高太子 弦 密度区)的太子 弦 缩小,那里光频率v变高、时间变小,从E=hv得到光子能量变大了。同样 因为 太子 弦 缩小使 有质量粒子的能量和质量变大、使不稳定粒子的寿命变长了。 换句话说 高压区(高太子 弦 密度区) 进行的物理过程需要比在 低压区 更高的能量水平才能完成 , 这 就是 粒子 的 太子弦压缩机制 。在更高压下以原波长光激发只能得到更低能量(更长波长)的荧光, 这就是压力红移, 这个结论还有更多实验证据:高压区物质的吸收光谱蓝移了,表示要更高能量的光子才能被吸收 和 。 特别是R荧光在高压下消失的实验直接证明:要激发 高压区物质产生R荧光需要更高能量的光子才行 。 图2. (b)入射光514.5nm 的 R荧光峰在68.2GPa时灭 (e)入射光488nm 的 R荧光峰在85.1GPa时灭 图2引自: http://www.ixueshu.com/document/c32f7d85d98bccc1318947a18e7f9386.html , 无商业目的 。 从图2可知在70GPa压力以上可用488nm及更短波长的光才能激发出R荧光峰,在85.1GPa压力以上 可用 476.5nm 及更短波长的光才能激发出R荧光峰, 在100GPa压力以上 可用 441.6nm及更短波长的光才能激发出R荧光峰 。 用上面的压力系数可以算出 大气压能使粒子和光子的能量升高一倍。 不稳定核子的半衰期在高压下能变长,例如中子平均寿命大约900s,但中子星的中子在高压下寿命很长(上亿年),这是高压物理的一个方向。 在太阳半径0.25R处氢核聚变产生的中微子能量在Mev量级。在太阳中心处压力 大气压,用上面的压力系数可以算出在 大气压的 超高压下, 氢核聚变产生的中微子能量大于Gev量级 。 越靠近恒星中心核反应产生的粒子能量E越大,有 ,r(r0)是到恒星中心的距离,这个称为太子弦压缩机制 。 这可以用实验来证明(已经有些初步证据见A,B),江门中微子项目也许能测到太阳产生的Gev量级中微子。将来要提高角分辩率才能判断宇宙线中 ev的中微子及其他粒子是否来自银河系中心,这需要与其他大探测器联合测量。那么银河系中心大质量黑洞附近能产生 ev的中微子及其他粒子就好解释了。自然界没有人造加速器那样精密(相位匹配)的加速方法,只有靠蛮力加速粒子,极高压力下的核反应就是自然界的蛮力加速器!极高的压力直接就能将原子核压成中子同时发射高能中微子。 A:太阳耀斑期间产生更多高能中子: http://www.ixueshu.com/document/49ef79cd30de2876318947a18e7f9386.html ,过去以为是高能质子产生的,在太阳表面那么混乱的环境能把质子加速到Gev以上?提出这个观点的人都不会真相信,只有超高压下的核反应才会产生Gev以上的粒子,其中只有中微子才能到达太阳表面,这些Gev量级的中微子产生高能中子和高能质子。 B: 高能中微子见: https://www.researchgate.net/publication/255927137_Evidence_for_Oscillation_of_Atmospheric_Neutrinos 这里有迹象表明Gev级 中微子与太阳有关,但他们不是以此为目的所以方向角分辩率不够。但从流量可以判断是太阳产生的,因其他恒星产生的高能中微子流量至少小二个数量级以上。 真正的中微子望远镜要三个远距离的大型中微子探测器才能组成,也许江门、超级神冈、再加一个在美国的或在南半球的大型中微子探测器才能组成一个大型中微子望远镜,将来高能(Gev、Tev)中微子物理才是天体物理的主要方向。 我在这里预言:在太阳半径0.05R以内的区域能产生Gev量级的高能中微子,只有 三个远距离的大型中微子探测器联测,其 方向角分辩率才够。大家拭目以待。 参考文献: Stephens.D.R et al., J.Chem.Phys.,35(1961),427. Goto.T et al., Phys.Chem.Miner.,4(1979),253 . 刘振先,崔启良,邹广田,高压物理学报,1991,5(1).
个人分类: T物质(太子弦)|655 次阅读|0 个评论
诉衷情·多普勒效应
热度 6 kongmoon 2015-12-16 08:33
汽笛迎面啸声急,沉闷是远离。 坐观星体逃逸,光谱向红移。 车快慢,调高低,有端倪。 彩超依理,天眼何须,杨戬摹袭?   多普勒效应是为纪念奥地利物理学家及数学家克里斯琴·约翰·多普勒(Christian Johann Doppler)而命名的,他于1842年首先提出了这一理论,主要内容为:物体辐射的波长因为波源和观测者的相对运动而产生变化。在运动的波源前面,波被压缩,波长变得较短,频率变得较高 (蓝移blue shift);当运动在波源后面时,会产生相反的效应。波长变得较长,频率变得较低 (红移red shift);波源的速度越高,所产生的效应越大。根据波红(蓝)移的程度,可以计算出波源循着观测方向运动的速度。假设原有波源的波长为λ,波速为c,观察者移动速度为v:当观察者走近波源时观察到的波源频率为(c+v)/λ,如果观察者远离波源,则观察到的波源频率为(c-v)/λ。   一天,多普勒带着他的孩子沿着铁路旁边散步,一列火车从远处开来。多普勒注意到:火车在靠近他们时笛声越来越刺耳,然而就在火车通过他们身旁的一刹那,笛声声调突然变低了。随着火车的远去,笛声响度逐渐变弱,直到消失。这个平常的现象吸引了多普勒的注意,他思考:为什么笛声声调会变化呢?他抓住问题,潜心研究多年。 通过研究他发现,当观察者与声源相对静止时,声源的频率不变;然而观察者与声源之间相对运动时,则听到的声源频率发生变化。最后他总结:观察者与声源的相对运动决定了观察者所收到的声源频率。当波源接近观察者时,速度越快,观察者感觉到的频率越高,反之,当波源远离观察者时,速度越快,频率越低,如果是声波的话就会变得低沉,如果是天体发出的光波,其光谱就会向红色(红光波长最长,蓝紫光波长短)移动,叫做红移,根据红移的幅度可以计算出星体离我们远去的速度。   利用多普勒效应,可以根据发出电波的频率和回波频率计算出运动物体的速度与距离,这就是多普勒雷达原理;另外在B超的原理上加上多普勒效应,即可探视到行进中的血液、心跳等的三维影像,这就是“彩超”,比起二郎神杨戬,不知高到哪里去了,我跟他谈笑风生 。
个人分类: 物理|9063 次阅读|12 个评论
光线为什么红移?
热度 28 tianrong1945 2015-9-23 08:07
星系发出的光的谱线为什么会红移?大多数人都将这个问题的答案与常见的多普勒效应联系起来。实际上,从宇宙学的角度考虑,造成光谱红移的机制有好几种。 多普勒效应 多普勒效应说的是振动源和观察者以速度 V 作相对运动时,观察者接受到的频率与振动源发出波的频率不一样的现象。在地球上,我们不仅仅探测到光波的多普勒效应,也经常在日常生活中感觉到声波的多普勒效应。比如说,一列从远方疾驶而来的火车,它的鸣笛声会变得比原来的声音更尖细,而当火车驶过之后远离我们而去的时候,鸣笛声又会变得比原来的声音更低沉。这说明火车开过来的时候,耳朵接受到的声音的频率变高了(相当于光线的蓝移);当火车远离的时候,耳朵接受到的声音的频率变低了(相当于光线的红移)。 图 3-1 :多普勒效应而产生的红移 图 3-1 描述的是光源与观察者相对运动时产生的多普勒效应。光源发射的是某频率的绿光,相对于光源静止的观察者接受到该频率的绿光,一个朝着光源运动的观察者接受到蓝光(蓝移),另一个背向光源运动的观察者接受到红光(红移)。 红移可以定量地用测量到的波长的移动与原来波长的比值(相对移动)来定义: z = (移动后波长 - 原来波长) / 原来波长 红移 z 的数值可正可负,正值代表波长变长的红移,负值表示波长变短,代表蓝移。 因为多普勒效应而引起的红移与光源和观察者的相对速度 V 有关,理论上可近似表示为一个线性关系: z= V/c , c 是光速。如果考虑狭义相对论效应,公式需根据洛仑兹变换而修正,不再是线性关系,但仍然与 V 有关,称之为相对论性多普勒红移 1+z= (1+V/c) g 。其中 g 为洛伦兹因子。 多普勒效应描述的是观察者从不同的惯性参照系测量到的光波波长。红移的数值只与光波发射时两个惯性参照系的相对速度 V 有关,与波在空间的传播过程无关。 宇宙学红移 宇宙学红移不同于多普勒红移,红移的原因不是因为观察者和光源参照系之间的相对运动 V ,(实际上,在宇宙学的范围,并不存在“惯性参照系”),而是因为波动在空间传播的时候空间“扩张”了的缘故。 在宇宙学中也需要考虑星体或星系间相对运动时因为多普勒效应而引起的红移。但是,通常所指的“宇宙学红移”( cosmological redshift )是另外一种产生机制完全不同的红移现象。是由于宇宙空间的膨胀或收缩所导致的光谱移动,是在宇宙学大尺度下更为显著的光谱移动现象。 对所谓“宇宙膨胀”,人们往往也有所误解。宇宙膨胀是说时空的尺度膨胀了。因为时空的膨胀,使得看起来所有的星系都在远离我们而去,但这和星系之间的相对运动有所区别。如果星系之间相对运动,便会使得某些星系互相远离,而另外一些星系互相接近。空间膨胀则使得所有的星系都在互相散开,在空中传播的电磁波波长也被拉开,造成所有星系中都观察到谱线“红移”。 图 3-2 :空间膨胀使得波长红移 可以用图 3-2 中的两个类比来说明空间的膨胀。图中将空间类比于能伸缩的橡皮筋或者是可以吹气胀大的气球。由图可见,因为橡皮筋伸长,或者气球表面胀大,在其中传播的电磁波的波长也被相应地拉长了。 从图 3-3 所示,在不断扩张的宇宙中,光波的波长是在传播的过程中逐渐红移的,红移的机制是由于空间性质的变化。而多普勒红移与时空的性质无关,可以看作是从不同参照系得到的不同观察效应。 图 3-3 :宇宙学红移 根据测量而定义的宇宙学红移与多普勒红移的一致,但因为理论解释不同,宇宙学红移不是与两个星系之相对速度有关而是与宇宙时空膨胀前后的尺度因子 a(t) 有关了。但尺度因子又取决于描述膨胀所使用的理论模型,及模型所用的度规。在某种度规下,红移可简单地用光线被接受时与被发射时宇宙的尺度因子的比值而表示: 1+z = a( 接受时 )/a( 发射时 ) 观察到的宇宙学红移是大爆炸模型的一个强有力的证据。 引力红移 根据广义相对论,巨大引力场源发出的光线会发生红移,称之为引力红移。 图 3-4 :引力造成的光谱移动 对可观测到的引力红移的贡献来自两个方面,一部分只与发射时光源所在处的引力场有关,是因为光源所在处引力场的作用使得时间膨胀,发出的光波比之没有引力场时光波波长更长所致。 红移的另一部分贡献则与在空间的传播过程有关。是因为质量巨大的星体发射的光子在离开光源之后,受到其周围引力场的作用而产生的谱线位置变化。 可以从能量的角度来理解引力红移。如图 3-4a 所示,从强引力场向上发出的光波,可以类比于光子从一座高楼的底层传播到高楼的顶端。相对于底层而言,位于顶楼的质量为 m 的粒子具有引力势能 mgh 。光子没有静止质量,但具有能量 E= h n , n 是光子的频率。和有质量的粒子一样,光子在顶楼比在底层具有更大的引力势能。这个势能从何而来?可以看成是光子红移损失的能量转换而来。因为红光频率比蓝光频率低,因而能量更小,损失的能量转换成了光子的引力势能。 光波在宇宙中传播,有时产生红移,有时产生蓝移,红移量的大小与光源所在处的引力势以及传播过程中空间的引力势有关。当光子从引力场大的区域发射到引力场小的区域,比如太阳到地球,光子需要克服引力而损失能量,因而产生红移。反过来,如果光子从引力场小的区域发射到引力场更大的区域,则产生蓝移。简单而言, 可以用引力势 f 在两个位置之差别来近似估算引力红移 : z = ( f 2 - f 1 )/(c 2 + f 1 ) 。 引力红移(上述的第二部分贡献)与宇宙学红移都是因为光子传播过程中时空的性质改变而引起的,产生机制的本质相同。只是时空改变的原因有所不同,前者是因为物质分布使时空弯曲,后者是源于时空膨胀。
个人分类: 系列科普|37177 次阅读|31 个评论
由类星体红移不可能绘制宇宙膨胀及结构确定暗能量修正引力定律
可变系时空多线矢主人 2012-10-1 20:26
由类星体红移不可能绘制宇宙膨胀及结构确定暗能量修正引力定律 据物理学家组织网近日报道,《物理评论快报》已发表论文称:美国凯斯西储大学等 3 家机构合作开发出一种由类星体发出的光向导的方法,并认为:有望用于绘制所谓“宇宙的膨胀及结构 ” 。 人们还预期:下个 10 年将发现数百万更遥远的类星体。结合这种新技术,人们认为:可能看到所谓:“大爆炸”后不久,宇宙的大小只有现在的一个零头,的时候。 红移系数越大,光源就离我们越远越古老。 论文作者之一、凯斯西储大学物理学教授格伦·斯塔格曼说:“由此我们可能得到一个有用的工具,用来描绘宇宙膨胀的历史。”、 “如果能测量出数百万类星体的红移,就能绘制出这些红移在宇宙中的大体结构,并扩展到更大的红移。” 研究小组还计划搜寻更大的类星体样本,进一步证明其光线变化方式的一致性,从而计算出宇宙中任何位置的类星体红移。 他们利用 MACHO (晕族大质量致密天体)项目所记录的 14 个类星体的光数据描绘出曲线图。 MACHO 项目旨在寻找银河系周围存在暗物质的证据,科学家每天都对每个类星体发出的光反复检测上百次。 曲线图显示,类星体发光有一个奇怪的阶段,在此期间,它们发出的光线数量要么增加,要么减少,呈现出一种线性变化模式。当他们矫正了宇宙膨胀的影响后,检测到所有 14 个类星体的光变化速率几乎都是一样的。“就好像它们都有一个变光开关,能来回切换,总的趋势惊人地一致。”斯塔格曼说。这种一致性让研究人员能准确地计算出每个类星在宇宙中的红移,从而算出宇宙的加速膨胀。 他们用两种方法进行了测算,分别计算出单个类星体的红移率在 2 个百分点以内,两个类星体的红移率在 1.5 个百分点以内。他们还用超新星爆发的明亮的光来计算红移,约为 1.7 。如果一个恒星的红移系数为 1.7 ,表明其光线是在宇宙比现在小 2.7 倍的时候发出的。类星体更古老也更遥远,经测量红移达到 7.1 ,表明它们发出的光线来自宇宙只有现在的 1/8 大小的时候。 如果经证明这种方法也适用于红移更高的类星体,那科学家就拥有了上百万的标记,追踪宇宙从久远早期开始的成长、演变和膨胀过程。斯塔克曼说:“这能帮助我们了解万有引力在宇宙中是怎样一种架构。而这种架构的增加速度能帮我们确定驱使宇宙加速膨胀的是暗能量还是修正万有引力定律。” 实际上,所谓“类星体”并不奇特,类星体发出的光也都只是 由各种带电粒子从各种高能态向低能态跃迁辐射的,而这种辐射有多种情况,例如:不同原子在不同状态(温度、压力、密度)不同能级间的跃迁、带电粒子运动状态改变的轫致辐射,以及带电粒子热运动能态跃迁的热辐射。而大量带电粒子集体振荡或大量光子统计结果光波在电介质中就表现为各种波段的所谓电磁波。相对于不同的牵引运动,光子的频率就发生相应的移动。 观察星体光频的红移量与星体距观测点的距离的关系有一定变化的函数关系,在一定的范围内,接近线性关系,即所谓“哈勃定律”。但在较大距离,就逐渐偏离上升,仍需观测确定。 星体光频的红移量与星体的速度,只是在惯性的牵引运动系,才按通常的都普勒公式成线性关系。仅需采用一个星体作为标准,就可由各星体的红移量,按通常的都普勒公式,确定其速度。 但是,对于非惯性的牵引运动系,星体光频的红移量就是与星体的距离、速度、加速度等有非线性的复杂关系。就必须按非惯性的牵引运动系的变化规律,由相应的多个星体作为标准,才能确定各观察星体的运动状态。而宇宙间各星体,显然,并非都是惯性的牵引运动,因而得不出星体光频的红移量与星体的速度成正比,乃至星体的速度与距离成正比,的结论,也就得不出所谓“宇宙膨胀”乃至“宇宙加速膨胀”的结论。 宇宙既然并不“膨胀”,更不“加速膨胀”,就 根本不可 能绘制出什么“宇宙的膨胀及结构 ” 、计算出什么“宇宙的加速膨胀”、 确定什么“暗能量”、修正什么“万有引力定律”!
个人分类: 其它|3645 次阅读|0 个评论
光束会不会一直照射下去?
热度 2 kexuechuanbo 2011-7-26 17:15
英国《焦点》月刊文章近日提出了一个很有趣的物理学问题:光束会一直照射下去吗? 答案如下: 如果不存在吸收光的东西,光束就会永远照射下去! 这里似乎还应该有一个条件:那就是光源恒保持能量。 不过,1929年,美国加州理工学院的天文学家弗里茨•兹维基提出:从遥远星系的光线中观测到红移现象,可能是光耗尽能量的结果。 公认的观点认为:红移是由于光线受到宇宙时空扩张的拉扯而产生的。这种拉扯使光线的波长变长,从而更接近于光谱的红色端。兹维基认为,或许来自遥远星系的光线只是在漫长旅途中损失掉了能量。在速度变慢的过程中,这些“疲惫的光线”的波长会变长,从而呈现红移效应。 然而,对遥远的超新星的观测显示,这些巨大爆炸离我们越是遥远,它们逐渐消失所需的时间就越长——这恰好符合红移产生于时空的拉扯,而不是光线变得疲惫的假设。 不知道,1964年中国原子弹爆炸的那个强大的瞬间闪光,是否还在向宇宙深处照射着?按照第一个条件(尽管光源已经不存在),假如不存在吸收这束强光的话。
个人分类: 科学史随笔|3079 次阅读|4 个评论
【基础知识普及】红外中的红移和蓝移
kinglee 2010-4-23 16:25
不同颜色的光线的频率不同,把不同颜色的光线按频率从小到大(或从大到小)连续的排列起来,就得到光谱。 根据多普勒效应,当光源和接收光线的物体有相对运动,而且远离接收光线的物体时,物体收到的光线的频率比实际光线的频率要短,由于红光的频率比蓝光短,所以光源发出的光线在光谱上会向红光的方向偏移,称为红移。当光源和接收光线的物体有相对运动,而且光源靠近接收光线的物体时,物体收到的光线的频率比实际光线的频率要长,由于红光的频率比蓝短,光源发出的光线在光谱上会向蓝光的方向偏移,称为蓝移。 红外光谱中,红移是指峰向低频(波数)移动;蓝移指峰向高频(波数)移动。
个人分类: 分析化学|45128 次阅读|1 个评论
宇宙空间中光的介质与引力场强度漂移
hfma 2009-7-3 19:19
最近我意外地得出了两个令人震惊的结果:1、引力场在宇宙空间对光的传播起着介质作用;2、物体的运动可以导致其引力场强度发生类似多普勒漂移那样的引力场强度漂移。如果这两个结论是正确的话,那么就会撼动物理学的根基。我已经把文章放在了中国预印本服务系统上。想听听学者们的意见。这里简单介绍一下这两个结果和意义。 各种实验证明光源或观察者的运动都不影响所观测到的光速。这成为了支持光速不变原理和相对论的证据。笔者本来的目的是想探讨导致这一光速不变现象的物理机制。但是最后发现,只有在引力场作为光的介质和引力场强度随场源的运动发生漂移的情况下观察到的光速才可能不变,并且不受光源与观察者运动状态的影响。 引力场红移,光的多普勒效应和引力场透镜效应等都证明了引力场是影响光传播的一种介质。光在这种介质中传播时与其它波,例如声波一样,其速度是由介质决定的,而不受光源运动状态的影响。这不难理解。但是,光速不变现象中最难让人理解的是为什么观察者的运动也不影响观察到的光速。这里的奥秘就在引力场强度漂移上。因为光源与观察者都有各自的引力场,而引力场作为介质对光的影响是一样的。所以,无论是光源的运动还是观察者的运动,最终所观察到的光速在一个特定的引力场条件下总是不变的。这从物理机制上彻底揭示了在实验和观察中看到的光速不变现象的产生原因。 这两个结果有着非常重大的意义。首先,它们说明了观测到的光速不变现象不能用来作为支持相对论中光速不变原理的证据,因为相对论的光速不变是建立在没有任何介质影响的前提条件之上的。而对实际观测到的光速不变现象而言,少了引力场这个介质是不可能的。其次,它们可以用来解释很多从前无法从物理机制上解释的现象。例如,水星近日点进动的前移和时间膨胀的问题等等。因为引力场强度漂移可以产生额外的万有引力,正是这个额外的力导致了水星近日点进动的前移。μ子的寿命延长也是因为引力场强度漂移的结果。再有,牛顿的理论不能解释在强引力场和高速条件下产生的现象的主要原因可能就是因为他的理论中少了引力场强度漂移所产生出的额外引力的缘故。如果对牛顿理论加以修正,把引力场强度漂移的因素加进去,那么也许这种修正后的牛顿定律就可以应用到所有的条件中了。如果是这样,相对论的存在可能就不再有意义了。 原文链接: 中文版:http://prep.istic.ac.cn/docs/1245711938712.html 英文版:http://prep.istic.ac.cn/docs/1246218936126.html 马海飞 2009年7月3日
个人分类: 认识宇宙|721 次阅读|2 个评论
关于爱因斯坦相对论多普勒效应的商榷
热度 2 hunagxingbin 2009-6-26 21:43
本文找不到能接受审稿的相关期刊!2009年5月10日投给中国科技论文在线希望得到同行的交流与指导,但目前还没有通过中国科技论文在线的审核。因此放在这里希望得到同行的指教!! 摘要 爱因斯坦在 "关于相对性原理和由此得出的结论" 一文中给出了多普勒效应的观察者运动和光源运动的两个计算公式。本文的研究表明这两个公式是完全等价的,无需区分光源运动还是观察者运动。爱因斯坦把观察者参照系内的波矢与相对运动方向的夹角解释为 光源的瞄准方向也是错误的 , 由此误导了横向多普勒效应为红移。 深入分析证明了相位不变给出的横向多普勒频移应该是蓝移而不是红移。 关于爱因斯坦相对论多普勒效应的商榷
个人分类: 未分类|7017 次阅读|8 个评论
横向多普勒效应是红移还是蓝移
hunagxingbin 2009-6-11 13:34
众所周知,横向多谱勒效应是完全的狭义相对论效应。通常断言横向多普勒频移是频率减小的红移,而且通过横向多谱效应的实验证实了狭义相对论的时间延缓效应。因此,在横向多谱勒频移是红移时,经典多谱勒频移必须为零才真正代表纯相对论效应。但目前无人严格地计算经典多谱勒频移是不是零。本文严格计算并分析了横向多谱勒频移是红移时的经典多谱勒频移的结果。结论表明经典多谱勒频移这时并不为零;经典多普勒频移为零时完全代表狭义相对论的横向多普勒频移是频率增加的蓝移而不是红移。 什么是横向多谱勒效应?我们通常说横向多谱效应是相对论性多谱勒效应的直接结果。根据 J.D.Jackson 著的《经典电动力学》,考虑一个静止在惯性参照系 K 内的光源辐射一个频率为 s 、波矢为 k s 的单色平面光波列,观察者静止在惯性参照系 K 上,光源系 K 相对观察者系 K 以恒定的速度 V 沿 K 系 x 轴的正方向运动。静止在 K 系的观察者观测到的还是一个单色平面光波,但观测频率为 o 、波矢为 k o 。用 s 和 o 分别表示光源系的波矢 k s 和观察者系的波矢 k o 的方向与相对运动速度 V 的方向之间的夹角。由相位不变原理易得相对论性的多普勒效应公式(1),(2) o = s /(1-cos o )= s (1+cos s ) (1) tan s =sin o /(cos o -) (2) 其中, c 是真空中的光速, =(1- 2 ) -1/2 , =V/c 。 为了得到横向多普勒频移是红移的结论,我们必须令 o =/2 和 cos s =- 。将 o =/2 和 cos s =- 代入式(1)得到 o = s (1- 2 ) 1/2 。所以我们就轻信这就是时间延缓效应引起的横向多普勒效应,而且是频率减小的红移。然而,也许我们过于轻率地急于让横向多普勒效应为红移而能满足时间延缓效应的结果。我们并没有严格地计算横向多普勒频移是红移时的非相对论性(经典)多普勒效应的频移是否为零。换言之,当我们已知 o =/2 和 cos s =- 时,经典多普勒频移是多少?因为仅当经典多普勒频移为零时,我们才能获得完全代表狭义相对论效应的横向多普勒效应。根据杰克逊的《经典电动力学》,我们容易写出:观察者相对以太静止,光源运动的经典多普勒效应公式(3) o = s /(1-cos o )= s /(1-cos s ) (3) 注意 : 经典多普勒理论要求 o = s !!这正是得出代表纯相对论效应的横向多普勒频移不能为红移的原因。 显然,当我们已知 o =/2 和 cos s =- 时,是无法使用公式(3)计算出经典多普勒频移是多少的。所以我们有理由说:已知条件 o =/2 和 cos s =- 不是经典多普勒效应的已知条件,而是相对论性多普勒效应为红移时的已知条件。那么现在的经典多普勒效应的已知条件究竟是什么?由于经典理论要求 o = s ,所以经典多普勒效应的已知条可能存在 o = s =/2 或 cos o =cos s =- 两种情形。 情形 1 : 当相对论观察者的已知条件是 o =/2 和 cos s =- 时,而经典观察者的已知条件必须为 o = s =/2 。 要满足情形 1 的要求则必须有:对一个确定的光源而言,相对论观察者静止在该光源参照系 K 内观测到光源的波矢方向与 x 轴的正方向的夹角 s 满足 cos s =- ,而经典观察者静止在该光源参照系 K 内观测到该波矢方向与 x 轴的正方向的夹角 s =/2 。这显然是不可能的。在这里光源是先决条件,当其确定后,无论是相对论观察者还是经典观察者静止在光源系内通过理论或实验方法观测光源的波矢方向都必将获得相同的结论。理由是两种理论的观察者与光源是相对静止的,并不存在伽利略变换与洛伦兹变换的差别。 所以当相对论观察者的已知条件是 o =/2 和 cos s =- 时,经典观察者用 o = s =/2 作为经典多普勒效应的已知条件是错误的。 情形 2 : 当相对论观察者的已知条件是 o =/2 和 cos s =- 时,而经典观察者的已知条件必须为 cos o =cos s =- 。 基于上述的分析,由于光源是首选的已知条件,当其波矢方向与相对运动方向确定后,相对论观察者与经典观察者无论是通过理论还是实验的方法都必将观测到相同的 s 作为各自计算多普勒效应的已知条件,然而相对论观察者和经典观察者通过理论分析得到的观察者参照系K内的波矢方向与相对运动方向的夹角 o 可以是不同的。也许我们会说:两种观察者分别静止在K系内通过实验观测 o 也必须获得相同的结论。这种观点是正确的,但在光源的波矢方向确定后,经典多普勒效应公式(3)要求使用理论预言的 o = s 计算频移而不是使用实验测量出的 o 来计算经典多普勒效应。 所以当相对论观察者的已知条件是 o =/2 和 cos s =- 时,经典观察者得到 coso=coss=- 作为经典理论的已知条件是正确的。 为了得到横向多普勒效应为红移时的经典多普勒频移,我们必须用 cos o =cos s =- 代入公式(3)计算经典频移,结果是 o = s /(1+ 2 )。 所以目前给出的横向多普勒效应为红移并不是纯的狭义相对论效应。因为这时的经典多普勒频移不为零。 如果假定横向多普勒效应为红移时对应的经典多普勒效应的条件是光源相对以太静止,观察者运动,则同样容易计算出横向多普勒效应发生红移时,经典多普勒效应为 o = s (1- 2 ) 。所以我们目前所说的横向多普勒效应为红移的结论是由经典(纵向)多普勒频移产生的,而不是由狭义相对论的时间延缓效应带来的。 根据经典多普勒效应公式(3)不难看出,仅当经典观察者的已知条件是 o = s =/2 时,经典多普勒频移才会是零。而这时相对论观察者的已知条件必须也是 s =/2 ,但根据(2)式可计算出相对论观察者的 o 满足 cos o = 。将 s =/2 和 cos o = 代入公式(1)计算经典多普勒频移是零时的代表狭义相对论效应的 横向多普勒频移 为 o = s (1- 2)-1/2 。这显然是蓝移。 我们最后的结论是:通过相位不变的原理讨论没有经典频移时的纯狭义相对论引起的横向多普勒效应的结果是频率增加的蓝移而不是红移。这一结果与时间延缓效应并不能自洽。也许这是狭义相对论的一个小小的漏洞。 以上的分析简洁。希望同行能给出有益的指教!!
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