宇宙中的星系在快速的远离我们:空间没有膨胀,红移是光传播时“疲劳”造成的?

遥远的星系在我们地球上看来其所发出的光向光谱的红端发生了移动,这个观测结果是20世纪最伟大的发现。

如果用多普勒-菲索效应解释的话,就会得出来一个惊人的结论,宇宙中的星系在快速的远离我们。

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并且根据哈勃在1929年发现的哈勃定律来看,星系远离我们的速度和其与地球的距离成正比。就说明星系的远离并不是星系真的在空间中移动,而是宇宙的空间在膨胀。

这个结论正是爱因斯坦广义相对论下一个各向同性、均匀宇宙的一个解,根据这个解继续沿着时间轴反向推论的话,宇宙标准模型大爆炸理论就诞生了。

沿着时间轴往前推论的话,我们大致就能猜测出宇宙未来的结局。

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你看,一个星光的红移现象的发现,直接引发了宇宙学革命。可以说这个发现是现代宇宙学的根基。

如果用另外一种方式去解释星光为什么红移,那么整个宇宙学大厦就会瞬间倾塌。

不知道你有没有想过这个问题,宇宙范围如此之广,动辄数十亿、数百亿光年,这样的距离令我们惊呼,那么星系发出光以后,会不会是因为光在如此远的距离传播的途中,自行损失了能量,而发生了红移?

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并非是星系远离我们,或者是空间在膨胀的原因造成的呢?也就是说红移的这个现象不再用多普勒-菲索效应解释,而光能量的自行衰减造成的。

如果事实真是如此,那么我们宇宙就没有膨胀,也没有所谓的大爆炸起源。

这是个颠覆性的想法,你没有想过这个问题也不打紧,因为在历史上,也就是1929年,哈勃发现哈勃定律的同一年茨威基就提出了这样的看法。

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茨威基就是那个最早发现星系团中星系运动速度异常的科学家,他也是第一个发现星系团中质量缺失的人,为暗物质问题的提出做出了贡献。

他认为星系的红移并不是空间膨胀造成的,而是因为距离太远,星光传播的时候疲劳了,也就是损失了能量,在被我们接收到以后我们就看到了星光红移,然后误以为这是多普勒-菲索效应造成的,才得出了宇宙在膨胀的结论。

这个观点在当时被称为“光纤老化”问题,既然有不同的学说,那么科学家自当会认真对待,去检验茨威基的说法。

首先第一个问题就是光线如何损失能量。

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我们知道能量守恒这件事在宇宙中的任何事物、任何位置、任何时间上都是成立的,一个物体在没有和其他物体发生相互作用的时候,他所固有的运动状态是不会发生改变的。

假如,你现在在深邃的太空中,给你一个初始的动量,只要没有其他物体对你产生影响,不管是引力作用、还是电磁作用,你都会保持这个初始的动量一直运动下去。

光也是一样的,要是没有任何东西影响光子,光的性质(波长、频率)也不会发生变化。唯一能让光在传播的时候自行丢失能量,也就是 茨威基所说的光跑着跑着给疲劳了;

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只有光在传播的时候跟宇宙中间中弥散的气体、尘埃发生了电磁相互作用,不管是被散射、还是被吸收后再发射,都包含在可能的相互作用之内。

那么这时光就损失了能量,确实会发生红移,不需要宇宙膨胀。但是这样的相互作用会产生另外一个效果:你看,光被吸收再发射、散射,就会引起遥远天体的影像完全变得模糊不可辨认。

也就是说,只要我们观察到一个星系的光谱有红移,那么这个星系的光在传播的时候就与星际物质发生过相互作用,我们就不能再辨认出这个星系的细节了。

同理,人类也别想看清楚任何遥远星系的任何细节,看到的都是一团模糊的光斑。

但真实的情况是这样的吗?相信你已经猜出来了,哈勃望远镜拍出了很多遥远星系的影像,这些星系的星光都发生了红移,而且我们也完全能看清星系结构的详细细节。

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上图是NGC6217,距离我们6千万光年,细节如此清晰。如果这个星系发出的光跟宇宙中的其他物质发生了相互作用,那么这个星系在我们眼里就会模糊成一个大光斑。

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上图是斯蒂芬五重星系,这些星系距离我们平均在2亿光年左右,光谱出现了红移,但是细节也是相当的惊人。

“光线老化”其他与观测事实相悖的还有,如果如果宇宙没有发生膨胀,那么我们就观察不到遥远天体的“时间膨胀”效应。

空间膨胀的话,光的波长被拉长丢失能量,那么我们观察到这些光线的时候就会因为光波的变长,而出现延时效应。

如果光线只是跟其他物质发生了作用而丢失能量的话,就没有所谓的时间膨胀效应。

事实恰恰与“光线老化”语言的相反,我们可以通过观察距离不同的1a型超新星,就会发现距离较近的超新星相比于距离较远的超新星,爆发时亮度从亮起到暗淡下去所用的时间较短。

这说明远处的1a型超新星在我们看来明显发生了时间膨胀效应。这也说明了空间在膨胀。

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上图是赛弗特六重星系,其实这个结果的成员正儿八经的只有四个,有一个已经被其他星系通过引力拉的解体来。

还有一个就是正面朝向我们的那个星系,看起来非常小,原因是它相比于其他星系距离我们非常远,至少是其他星系五倍的距离。

但是这个星系看起来也具有详细的细节,而且我们在其中也观察到了具有时间膨胀效应的事件。

不可否认,光传播的时候是会与星际介质发生作用,损失能力,但其微小程度可以忽略,它更不能称为解释星系光谱红移的原因。

更加否认不了宇宙空间在膨胀的事实,也更加无法撼动以爱因斯坦广义相对论为基础的新宇宙学模型。

所以说,星光的红移还必须得用多普勒-菲索效应来解释!

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