哈勃紅移量的定性和定量分析法設想

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[文章摘要]：哈勃定律所依據的河外星系光波頻率均呈現紅移的現象是否全部是由星系相對地球作遠離運動而產生的呢？如果答案是否定的，則哈勃定律的正確性就值得懷疑了。本文設想了二種切實、可行的天文觀測方法來探討哈勃紅移量的分解方法，可用於驗證哈勃定律的正確性，供有條件的觀測者嘗試並驗證。

作者微信：pxt1961

哈勃定律所依據的是哈勃及其小組對數十個河外星系的光波頻率的觀測結果：河外星系光譜均呈現紅移，且紅移量與到地球的距離成正比。但問題是：河外星系光譜的紅移量與到地球的距離成正比的根源是因為河外星系均以與地球的距離成正比的速度遠離地球呢，還是由於其他原因導致的呢？本人在《哈勃定律不能揭示宇宙成因的探討》和《康普頓效應是否定哈勃定律的有力武器》二篇文章中均指出：哈勃紅移＝引力紅移+多普勒紅移+介質紅移（目前流行的觀點認為此部分為宇宙學紅移，即所謂的空間膨脹或空間延展）。甚至還有可能存在第四種、第五種......因素導致哈勃紅移的形成。為證明這些分析結論，本文設計了二種天文觀測方案，如果能實施，則完全可以分析出各類因素導致的紅移量在哈勃紅移總量中的比例，由此可以對哈勃定律進行必要的修正。

一、利用碰撞星系測量介質紅移量和多普勒紅移量

如上圖示：我們可以對上圖中兩個相碰撞的星系的核心區域分別進行光譜測量，再對測量結果進行合理的分析，就可以得出哈勃紅移量中與距離成正比的介質紅移量所佔的大致比例。因為相碰撞的兩個星系與到地球的距離基本上相等，但兩者相對地球的視速度應該存在明顯差異（否則就不會相碰撞了）。

1、如果能精準測量星系核心區域的光譜紅移量，利用兩者的距離差距小，相對地球的視速度不同等要素，可以從測量得到的實際紅移總量中分離出與相對速度差異有關的紅移量，此部分主要為兩實測值的差值（在距離、引力基本相同時，相對速度差別是導致紅移量差別的主因）。

2、引力紅移量可根據對星系總質量的估算計算出來，可從實測值中剔除。

3、剔除引力紅移量後剩餘的兩個星系的紅移量的平均值主要與相對地球運動的視速度和距離有關。

4、對同一對碰撞星系的持續觀測，可大致得出兩星系間的相對運動速度，利用多組碰撞星系的運動速度與星系核心區域的光譜差關係圖表，可推導出相對運動速度差與光譜差的關係式，進而推導出碰撞星系相對地球的視速度。

5、假設A、B兩星系相對地球的視速度分別為VA和VB，剔除引力紅移量後的實測紅移量分別為HA，HB，距離地球分別為SA和SB；

再假設：HA＝f（SA）+F（VA）；HB＝f（SB）+F（VB）

其中：f（S）為與距離有關的紅移量（介質紅移或稱作非絕對真空紅移）；

F（V）為與視速度有關的紅移量（多普勒紅移）；

F（V）在考慮相對論效應時的計算式為： F（V）＝（（1+V/C）/（1-V/C））1/2-1

當碰撞星系離地球足夠遠時，兩者與地球的距離可近似為相等，即：SA＝SB；

當實測得到兩碰撞星系間的相對速度值△V後，可將兩者的速度建立如下關係：

VB＝VA-△V

那麼可得出：

△H＝HA－HB＝F（VA）－F（VB）＝F（VA）－F（VA-△V）

＝（（1+VA/C）/（1-VA/C））1/2-（（1+（VA-△V）/C）/（1-（VA-△V）/C））1/2

利用上式可得出速度VA值，相應地可得出VB值，進而求得f（SA）和f（SB），以及F（SA）和F（SB）。

也就是說，通過上述測量與分析，可將哈勃紅移分解為引力紅移、介質紅移和多普勒紅移三部分。通過對不同距離上相碰撞星系的測量和分析，可得出河外星系的視速度與到地球的距離的真實關係圖，也可驗證哈勃定律是否符合客觀實際。如果觀測結果表明，與距離有關的介質紅移量為0或近似為0，則表明哈勃定律是正確的。否則，哈勃定律就需要根據實測結果進行修正。

二、利用對稱傾斜星系測量介質紅移量和多普勒紅移量

如以上二圖所示，我們可測量螺旋星系兩側的對稱點A和B處的光譜紅移量，還可以測量星系核心區域O點的紅移量。星系的旋轉速度和A、B點相對O點的視速度差均可以通過一定周期的天文觀測得到。

假設剔除引力紅移量後，A、B、O點實測到的紅移量分別為HA、HB和HO；實測的A、B兩點相對O點的視速度差分別為△VAO和△VBO、相對地球的視速度分別為VA、VB、VO；與地球間的距離分別為SA、SB、SO。則：

VA＝VO-△VAO ； VB＝VO+△VBO

當選擇的A、B點位於星系中心的左右兩側對稱位置上時，我們可以近似地認為A、B和O點到地球的距離相等，且可以認為△VAO和△VBO也近似相等。

再假設：

HA＝f（SA）+F（VA）；HB＝f（SB）+F（VB）；HO＝f（SO）+F（VO）

其中：f（SA）為與距離有關的紅移量（介質紅移）；

F（VA）為與視速度有關的紅移量（多普勒紅移）。

那麼：

△HAO＝HO－HA＝F（VO）－F（VA）＝F（VO）－F（VO-△VAO）

△HBO＝HO－HB＝F（VO）－F（VB）＝F（VO）－F（VO+△VBO）

△HAB＝HB－HA＝F（VB）－F（VA）＝F（VO+△VBO）－F（VO-△VAO）

與利用相碰撞星系一樣，我們可以用上面三個公式計算出VO，再導出VA和VB，進而計算出f（SA）、f（SB）和f（SO），以及F（SA）、F（SB）和F（SO）。

綜上所述，我們完全可以通過實測碰撞星系或傾斜對稱螺旋星系不同部分的光譜來計算出星系光譜紅移中與距離成正比的介質紅移量和與視速度有關的多普勒紅移量，從而把哈勃紅移量分解為由引力紅移量、多普勒紅移量和介質紅移量（其中可能包含部分宇宙學紅移）三部分，進而再研究與探討多普勒紅移量與星系離地球的距離間的關係是否仍符合哈勃定律。

三、與距離有關的紅移機理分析

上面我們把與距離有關的紅移稱作介質紅移，這種分類方法可能比較籠統，存在進一步分解的可能。如可將其分解為因宇宙空間非絕對真空的介質紅移和目前流行的觀點所謂的宇宙學紅移等。下面我們對此進行一些探討：

1、介質紅移的特點

1.1、由於宇宙空間並非絕對真空狀態，宇宙空間中存在各類自由粒子，部分粒子為帶電粒子。因此，電磁波在宇宙空間長距離運動過程中，將必然受到宇宙空間中的各類粒子，特別是帶電粒子的干擾和影響，從而導致能量衰減和頻率下降。康普頓效應就揭示了X射線與自由電子相互作用時會發生頻率降低的現象。因此，我們沒有任何理由認為河外星系的光波經過數以百萬年計的長途旅行而不與宇宙空間中的各類帶電粒子發生作用而發生頻率降低。這類紅移應與宇宙空間中的帶電粒子密度有關，密度越高，頻率降低越大。但在以數百萬光年計的空間尺度上，可近似地認為宇宙空間的帶電粒子和其他粒子的密度基本均勻且各向同性。那麼，此類作用的結果就與距離成正比了。

1.2、無數實驗觀測表明，電磁波在非真空中的運動速度小於在真空中的速度，且速度變化一般與介質的密度、性質有關，還應與在介質中的運動距離有關。如在玻璃中的運動速度就遠小於在真空中的速度，且不同頻率的電磁波在其中的速度存在較大差別，一般頻率越高，速度越小。因此，河外星系的電磁波在並非絕對真空的宇宙空間中長途旅行時的速度也並不像真空中的時候那樣各種頻率的電磁波速度相等，而會呈現頻率越高、速度越小的特點。也就是電磁波在介質中的速度降低率與頻率成正比。電磁波速度的降低將導致能量的降低，而電磁波的能量是與頻率成正比的，因此能量的降低將導致頻率的降低，也就是紅移。當電磁波在介質中的運動距離足夠大時，電磁波還將隨運動距離的增加而不斷衰減能量。因此，也將出現電磁波的頻率降低量與運動距離成正比的現象。

2、宇宙學紅移的特點

2.1、宇宙學紅移是指因所謂的空間膨脹或延展而導致空間距離隨時間發生變化，也就是將電磁波從河外星系出發時刻的星地距離與到被地球接收到的時刻的星地距離的變化歸結為空間本身隨時間膨脹所致。那麼有：

假設空間隨時間的膨脹係數為K，電磁波被地球接收到的時刻星地距離為S，時間為T，則有：

S＝S0+KS0T＝S0（1+KT）

式中：S0為電磁波從河外星系發出時刻的星地距離；T＝0時為電磁波從河外星系出發時刻。當假定電磁波速度C並不隨空間膨脹而變化時，則有：

T＝S0/（C－KS0）

由於T值必須大於0，因此，上式中（C－KS0）必須大於0。因此有：

S0<C/K

也就是說，當K值確定後，我們能接收到的極限最遠星系的電磁波的距離為C/K。

2.2、宇宙學紅移對不同頻率的電磁波速度不產生影響。也就是不同頻率的電磁波的速度是恆定的。

3、區分介質紅移與宇宙學紅移的方法

根據上述對介質紅移和宇宙學紅移特點的分析，我們可以利用天文觀測來區分兩者。

當天文觀測結果表明：經剔除引力紅移和多普勒紅移後剩餘的哈勃紅移量出現下屬情況時：

3.1、當剩餘哈勃紅移量不隨頻率變化而變化時，則說明其主要由宇宙學紅移所構成。否則，就應視為主要由介質紅移所構成；

3.2、當無法探測到比C/K更遠距離的星系電磁波時，則說明宇宙學紅移是存在的。否則，應視為宇宙學紅移是不存在的；

3.3、當剩餘哈勃紅移量不僅隨頻率發生變化，且出現某些頻率的紅移量的變化與頻率的關係發生突變時，則應視為主要由宇宙空間的帶電粒子所導致的康普頓效應所致。

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