基于周坚红移定律的天体视向速度方向的判定方法

上一篇 / 下一篇  2009-11-01 18:01:42 / 个人分类：理论文章

基于周坚红移定律的天体视向速度方向的判定方法

提示：今天忽闻伟大的人民科学家钱老在昨天逝世，巨星坠落，悲痛万分。钱老一路走好！解析宇宙学创始人在这里向您致敬！！化悲痛为力量，今天就利用休息时间发篇理论文章，以表示对钱老的沉痛悼念。

目前人们已经知道，人们观测到任何一个天体的红移，其中都包含多种因素引起的多种红移，这些红移包括多普勒红移、宇宙学红移和引力红移。

多普勒红移是人们了解最透彻的一种红移，它是由于天体相对观测者在视线方向上的运动产生的红移，这种现象在人们的日常生活中常常能够遇到，理解起来比较容易。

引力红移首先是由广义相对论推知的，处在引力场中的辐射源发射出来的光,当从远离引力场的地方观测时,谱线会向长波方向（即向光谱红端）移动，移动量与源及观测者两处引力势差的大小成正比。光谱线的这种位移称为引力红移。这种效应最初是在天体中，特别是在白矮星中（因为白矮星表面的引力较强）得到证实的。

宇宙学红移，依据目前的理论认为它是由于宇宙空间自身的膨胀所造成的，但随着宇宙观测的不断推进，这种解释所导出的宇宙与实际观测到的宇宙出现了矛盾，为了解决这些矛盾就必须进一步的进行假设，于是暴涨宇宙被假设出来，随之而来的还有暗能量和暗物质的存在也被假设出来。在宇宙学中出现这种现象并不奇怪，因为它的根节来自于哈勃定律。

1929年，哈勃(Hubble)对河外星系的视向速度与距离的关系进行了研究。当时只有46个河外星系的视向速度可以利用，而其中仅有24个有推算出的距离，哈勃就仅凭这24个河外星系的研究得出了视向速度与距离之间大致的线性正比关系。现代精确观测已证实这种线性正比关系是：

                  （1）  

其中，υ是单位为km/s的退行速度，c是光速，即c=299792.458km/s，z是红移，r是单位为Mpc的距离，H₀是比例常数，称之为哈勃常数。这就是著名的哈勃定律。

而时隔70年的1998年，美国劳伦斯柏克莱国家实验室（Lawrence Berkeley National Laboratory）进行的超新星宇宙学计划（Supernova Cosmology Project）与澳大利亚 Mount Stromlo 天文台的高红移超新星搜寻团队（High-Z Supernova Search Team）利用不同的分析技术和不同的高红移超新星观测样本却发现宇宙正在加速膨胀，这出乎当初哈勃的预料。

至此，哈勃定律与正在加速膨胀的宇宙出现了不协调，如果不再仔细琢磨仅凭24个河外星系的观测就建立的哈勃定律，那么就只能用假设来解释宇宙了，这也就是目前所出现的不仅假设宇宙之初曾经发生过暴涨，而且在整个宇宙中还充满了暗能量和暗物质的假设宇宙现状。

爱琢磨的作者是琢磨这琢磨那几十年的人了，琢磨起任何事情从来就不考虑那些条条框框，仅凭自己的爱好和兴趣。在发现周坚红移定律之前本来是琢磨核物理的（仅有这一篇“人工合成超重元素的稳定性分析”发表于1990年第一期《核技术》），后来转向琢磨恒星和星系的内部规律（核物理与天体有密切联系），但在琢磨的过程中，经过大量的演算（在大量演算过程中得到我的好友谢承志的大力帮助），也不知是什么时候在我的脑海里出现了一个大问号，那就是哈勃定律的红移与距离的线性关系式难道就这一种形式吗？应该不止一个，由此就出现了周坚红移定律的雏形：

                  （2）  

在距离很小的时候就是：

                  （3）  

现在，周坚红移定律告诉我们，在宇宙学尺度上，光（电磁辐射）的传播距离r与宇宙学红移z成正比，与宇宙学红移加1的和成反比，其中有一个为α的比例常数，称之为宇宙学红移常数，其数学表达式是：

                  （4）  

其中，r是单位为Mpc的光（电磁辐射）的传播距离，z是宇宙学红移，α是宇宙学红移常数，即α=0.00023683 /Mpc。在宇宙学红移很小很小的情况下，周坚红移定律就演变为r=z/α=cz/H₀，这就是哈勃定律的形式，但这里所指的红移是由光（电磁辐射）传播特殊行为（光传播的这种特性一两句话说不清，为便于人们理解，就将光传播的这种性质理解为光传播的特殊行为，它传播的规律就是周坚红移定律）引起的宇宙学红移而不是由光源运动引起的多普勒红移。

在基于周坚红移定律的应用所创立的《解析宇宙学》中，多普勒红移和宇宙学红移是不同因素引起的两种完全不相干的光谱线红移事件，多普勒红移是天体相对观测者的运动引起的，而宇宙学红移是光（电磁辐射）传播的特殊行为引起的，它的传播规律完全满足周坚红移定律。

基于多普勒红移与宇宙学红移的产生机制的不同，人们观测到天体的红移就有了新的内涵，即人们在观测到天体的红移中不仅有多普勒红移，而且还有宇宙学红移，当然还有引力红移，但引力红移是特殊环境下的红移现象，这种特殊天体环境不在《解析宇宙学》的研究范畴内。

既然知道了天体的红移包含了多普勒红移和宇宙学红移，但如何与实际观测联系起来呢？经过作者在人民网-强国博客-广西柳州市周坚的量天博客（http://blog.people.com.cn/blog/u/zhzhjjjj）中的一段时间的量天经历发现这样一个规律，那就是任何一个天体的真实距离几乎都是处在以它的观测红移作为宇宙学红移通过周坚红移定律计算所获得的距离附近，这是经过一段时间的量天经验的结晶。

在这里我请求允许我说点题外话，我非常感谢人民网-强国博客及其工作人员，是他们给了我一个展示量天的平台，是他们在我最艰难最苦闷的时刻帮助了我完成我创新的历史使命，同时还有强国博客中的无数博友以及其它关注量天的人们，是它们在量天博客中的鼓励和支持使我将量天工作坚持了下来，回想起来真不容易呀，在我脑海里永远铭刻上了强国博客、中国国际和平战士、小飘回来、心事浩茫、淑学、……以及我的老朋友承志先生、东村先生和伟翔先生。

基于任何一个天体的真实距离几乎都是处在以它的观测红移作为宇宙学红移通过周坚红移定律计算所获得的距离附近，为了将这些不同含义的距离区分开来，因此就将天体的红移（观测红移）视作宇宙学红移通过周坚红移定律所计算出来的距离定义为该天体的标准距离，而该天体的实际距离就定义为真实距离。通过大量的量天记录的观察发现，当天体的真实距离大于它的标准距离的时候，它的视向速度的方向就是朝向观测者运动的，反之，当天体的真实距离小于它的标准距离的时候，它的视向速度的方向就是背离观测者运动的，这就是相对观测者运动天体在视线上的方向判定规律，按照通常的命名方法就将这一方向判定规律命名为视向速度方向判断定理。下图所示的就是视向速度方向判断定理示意图。

在图片中，标准距离是观测红移视作宇宙学红移通过周坚红移定律所计算出来的距离，被观测天体的真实距离如果小于这个标准距离（如被观测天体A），那么它的视向速度就是背离视向速度（背离观测者的视向速度），如果大于这个标准距离（如被观测天体B），那么它的视向速度就是朝向视向速度（朝向观测者的视向速度）。

这个视向速度方向判断定理在实际量天中经常用到，这里就不啰嗦举例了。

至此，基于周坚红移定律的天体视向速度方向的判定方法就介绍完毕，感谢各位专家、学者以及天文爱好者等同仁观阅，敬请赐教。