|检验哈勃定律正确性方案的基本原理简介

作者：彭晓韬
日期：2020.11.08
【文章摘要】：本人的《不同方法测量得到的哈勃常数各异的本质因素分析》一文已在由中科院主办的、中科协协办的“科学智慧火花”网上刊出，该文中提出了一种检验哈勃定律正确性的方案。但限于该网站要求文章不能超过3000字的规定，关于方案的基本原理方面的叙述略显不足，为让朋友们进一步了解该方案的相关情况及基本原理，本文就此作些补充说明。
一、天体红移量的主要构成简述
目前一般认为天体红移量主要由三部分组成：天体退行产生的多普勒效应、万有引力产生的引力红移、宇宙膨胀产生的宇宙学红移。
本人认为应该还存在第四种红移：介质红移。也就是通常所说的光纤频散现象或地震波随距离出现主频降低等类型的、与介质性质有关的、随波在介质中传递距离有关的频率变化现象。因为目前已经有许多证据表明：宇宙空间并非绝对真空，而是存在一定数据与密度的各类物质的。如：所谓的宇宙背景辐射，就是由平均温度在2.7K左右的、各向分布相对均匀的物质所产生的。还有仙女座外围存在的物质晕及河外星系外围存在的物质晕等现象。如下图所示：

本文插图

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二、天体红移因素分类与主因分析
由上述简介可知：天体红移量主要由四大因素决定。但我们可以将其归为三类：
1、介质红移
与天体到地球的距离S有关的部分，我们可设为Hs ，也就是本文作者增加的介质红移，它是因星光在介质中运动（实际上是星光使介质产生次生的折射光，折射光又使邻近的介质再次产生次生光的、不断循环的过程。每一个再生光循环过程都会产生所谓的反射、散射、折射、透射、衍射和绕射等次生光。这个过程中的次生光之运动方向、振幅、相位与频率均会有所变化）而产生的频率降低，在介质密度基本相同的情况下，则频率的降低率与星光在介质内部的运动距离成正比。我们假设介质红移系数为fs ，天体到地球的距离为L ，则有：
Hs=fsL （公式1）
2、多普勒红移和宇宙学红移
由于与天体相对地球退行有关的多普勒红移和宇宙学红移完全类似，是不可分割的，都是因为天体相对地球的距离增加导致的。因此此部分红移只能合并为一个，简称为退行红移Ht 。假设与退行有关的红移系数为ft ，天体退行速度为V ，则有：
Ht=ftV （公式2）
3、引力红移
由于引力红移一般小于多普勒红移二个数量级以上，加上宇宙中星系的分布相对均匀，总体上类似于质量分布均匀的、各向同性的、边长无限大的矩形体内部的情形，按照该类物体内部的万有引力分布规律，无限大均匀体内部各处的万有引力值均为0 。因此，只需要考虑星光出发的星系对其的引力红移作用及银河系对其的蓝移作用就可以了。当发光天体所在的星系的总质量与银河系差异不大时，则两者可以基本上相互抵消。即使是存在较大的质量差异，引力红移分量在总红移量中的占比也很小，对我们分析到底是退行红移还是介质红移占主导并没有任何实质性的影响。因此，暂可忽略不计。
4、总红移量
根据以上分析，可将天体总红移H总分解为与距离有关的Hs和与退行速度有关的Ht 。则有：
H总=Hs+Ht=fsL+ftV （公式3）
三、检验哈勃定律正确性方案的基本原理简介
由以上的（公式3）可知：我们只要找到一对距离L相同而退行速度V不同的一组天体，或退行速度V相同而距离L不同的一组天体，并测量出它们的红移量，就可以利用（公式3）计算出系数fs和ft的值。其原理是：利用距离相等但退行速度不等时的两式求差以消除距离分量，从而就可以得到与退行速度V有关的红移系数ft 。再利用退行速度相等但距离不等时的两式求差以消除退行速度分量，从而得到与距离L有关的红移系数fs 。分页标题
如下图三：当已知倾斜星系中心到地球的距离LO和星系的旋转角速度ω时，则可实测图中A、B、C、D和O点五个部位上的红移量，并得到以下方程组：

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HO总=fsLo+ftVO （公式4）
HA总=fsLA+ft(VO-2πωLAO) （公式5）
HB总=fsLB+ft(VO+2πωLBO) （公式6）
HC总=fsLC+ftVC （公式7）
HD总=fsLD+ftVD （公式8）
从上图三可知：LA=LB、LAo=LBo 。因此，令：（公式6）-（公式5）时，则有：

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从上图三可知：VC=VO=VD ， LCO=LDO 。当倾斜星系的倾角为θ时，则有：
LC≈LO-LCOcosθ LD≈LO+LDOcosθ≈LO+LCOcosθ
令：（公式8）-（公式7）时，则有：

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将（公式9）和（公式10）代入（公式4）则有：

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【|检验哈勃定律正确性方案的基本原理简介】 总之，由以上各式可知：哈勃定律成立的条件是：介质红移系数fs≡0 。也就是说：如果介质红移系数不恒等于0 ，则哈勃定律就是不符合客观实际的。我们利用此方法不仅有可能直接得到倾斜星系的真实退行速度，还可以得到决定红移量的主要因素。