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看到近期大家对光谱频移、大爆炸理论、奥勃斯佯谬等问题讨论得热烈，我也顺便谈谈自己的看法。本来，对这些复杂问题的讨论，我是想往后放一放的。不过，既然大家已谈得深入，我也不妨把我的观点亮出来，供大家讨论。 下面，我直接把拙作《论物理现象的本质——物质作用论挑战相对论》一书第六章的内容附上，由于是“断章取义”，部分内容以前还未介绍，不便之处，还请谅解，相关内容（如对质量增加等的解释）可参见我以前的贴子。（另外，此文中数学公式显示有误，请注意C2的含义就为C的平方，其它地方相似） 黄德民 2001。7。14 附： 第六章 光谱频移的本质 [摘要] 本章讨论了光谱频移的本质。我们从讨论光的多普勒频移入手，指出造成光谱频移最根本的原因在于光子能量的变化，从中，我们进一步揭示了相对论理论体系的矛盾性；接着，我们讨论了星系红移和大爆炸理论，指出星系红移的本质不是由星系间的相互运动造成的，而是星光远距离传播后能量衰减造成的，宇宙大爆炸理论难于成立。最后，我们还讨论了光的引力频移效应，指出引力既可以造成红移，也可以造成蓝移。 对声波来说，如果声源和接收者存在相对运动，接收者收到的声波频率将会有所变化，这就是声波的多普勒频移效应。例如，当高速运行的火车迎面而来时，我们感觉其声音比正常的尖锐；而当高速运行的火车从背后离去时，我们感觉其声音比正常的低沉，就是这个道理。 对光来说，也存在多普勒频移效应。经典理论认为，光的多普勒频移效应与声波相似，只与光源相对于观察者的运动速度V和光速C的比值有关，通常称为光的多普勒频移一阶效应。但相对论预言，光的多普勒频移效应不仅存在一阶效应，而且还有二阶（及二阶以上）效应。特别是，当光源与接收者有相互垂直的运动速度时，还存在着横向多普勒频移效应，而这是经典理论没有预见到的。 实验表明，光确实不仅存在着一阶多普勒频移效应，也存在着二阶多普勒频移效应和横向多普勒频移效应。由于二阶多普勒频移效应是相对论从时间膨胀效应中推出的，因此，二阶多普勒频效应实验往往既被看着是相对论多普勒频移效应的支持性证据，同时也被看着是时间膨胀效应的支持性实验证据。 多普勒频移是光谱频移中的一种。本章将从多普勒频移效应入手，用物质作用论的观点对光谱频移作出分析，同时指出相对论存在的一些问题，使人们进一步弄清光谱频移的本质。 一、多普勒频移 （一）相对论多普勒频移公式 相对论在推导多普勒频移公式时考虑了相对论时间膨胀效应，因此它得出了与经典理论不同的公式。下面我们摘录一段有关教材对相对论多普勒频移效应公式的证明过程，便于人们理解相对论多普勒频移公式的本质。 假定光源以速度V向着接收者运动，并在接收者的参考系进行计算。假设光源发出N个波，如果光源向着接收者运动，那么在接收者参考系里所测得的tR时间里，第一个光波通过的距离为ctR，而光源通过的距离为VtR。其波长便为λ＝（ctR－VtR）／N。因此接收者观察到的频率为： f＝c/λ＝[c/（c-V）]（N/tR）＝[１/（1－V/c）]（N/tR） 若光源的频率为f0，则在光源参考系里所测得的tS时间里，光源发出了N＝f0 tS个波。这里tS是本征时间间隔（在光源参考系里，第一个波和第N个波都是在同一地点发出的）。时间tS和tR的关系由通常的时间膨胀公式tS＝tR/Υ（式中Υ＝1/（1－V２/c２）1/2）给定。这样对于运动光源的多普勒频移效应，我们得到： f＝[１/（1－V/c）]（f0 tS /tR）＝[f0/（1－V/c）]／Υ ＝[（1－V２/c２）1/2/（1－V/c）]f0 f/f0＝（1－V２/c２）1/2/（1－V/c） ＝（1+V/c）/（1－V２/c２）1/2 （6-1A） 同样得出，当光源和接收者以相对速度V彼此分离时， f/f0＝（1－V/c）/（1－V２/c２）1/2 （6-1B） 当光源相对于接收者垂直运动时， f/f0＝1/（1－V２/c２）1/2 （6-1C） 它们与经典公式的不同在于多出了个时间膨胀系数。 上面只对几种简单运动情况下的多普勒频移效应公式作了推导。从中我们已经看出，造成相对论多普勒频移效应公式与经典公式不同的根本原因在于相对论坚持的时间膨胀效应。 从上述的推导过程可以看出，这种方法也应适用于对声波多普勒频移效应公式的推导。也就是说，如果真的存在时间膨胀效应的话，声波也应有相对论性多普勒频移效应，即声波的多普勒频移效应也应该存在二阶（及二阶以上）多普勒频移效应以及横向多普勒频移效应。可是，似乎从来没有人讨论过声波的相对论性多普勒频移效应，也没有人从实验中发现声波的二阶多普勒频移效应。 因此，人们应该对声波的多普勒频移效应作出检验，如果反复验证仍不能发现声波具有二阶（及二阶以上）多普勒频移效应和横向多普勒频移效应，则说明相对论的观点是错的。因为如果真的存在时间膨胀效应，它不可能只对光波而不对声波起作用。 （二） 光的多普勒频移效应的本质 通常，多普勒频移效应是和波联系在一起的，而我们倾向于认为光是一种粒子。如果粒子的观点正确，那我们该如何理解光的多普勒频移效应呢？ 多普勒频移效应的产生在于光源与接收者之间的相对运动，这提示我们，要分析多普勒频移效应，必须从分析光源与接收者相对运动带来的影响入手。从粒子的观点来看，光子的速度不同，最直接的表现就是作用到物体上的能量不同。可是，能量不同，又怎么能和波动学中的频移挂上钩呢？ 这就需要从描述光子能量的方法上找原因。尽管近代物理学已经认识到了光的粒子性，但在描述光子的能量时仍借用着波动学中的“频率”概念，光子的能量是用频率来表征的，并没有象传统的做法一样，用质量和速度来描述光子的能量。通常，光子的能量用E=hf表示，其中h为普朗克常数，f为光子的频率。 既然能量和频率联系上了，这就意味着，能量不同，对应着的频率也不同。因此，分析光源与接收者相对运动时接收者感受到的光子能量的变化情况，也就知道了光子频率的变化情况。 我们已经知道，光子的能量由两部分组成，一部分是光子的平动动能，另一部分是光子的振动能。当光速为C时，光子的总能量为E=MC2。其中，光子的平动动能为MC2/2，光子的振动能也为MC2/2。如果光速不为C，则光子的平动动能就不再等于MC2/2，但光子的振动能量仍然为MC2/2。例如，当光速为C±V时，光子的平动动能为M（C±V）2/2，此时光子的总能量为M（C±V）2/2＋MC2/2。 暂不考虑光介子对光速的影响，则当光源与接收者相互靠近时，相对于接收者的光速为C+V；当光源与接收者相互离开时，相对于接收者的光速为C-V；而当光源与接收者相互垂直运动时，相对于接收者的光速为（C2+V2）1/2。 为了简化数学推导过程，下面只对上述几种特殊情况作分析讨论，从中指出多普勒频移效应的本质。 设光速为C时，光子的能量为E0，频率为f0；当光源与接收者有相对运动时，光子的能量为E，频率为f。 1. 光源与接收者相向(反)运动 光子相对于接收者的速度为C±V(相向运动时取＋号,相反运动时取－号)，光子的平动动能为M（C±V）2/2，振动能为MC2/2，此时光子的总能量为： E＝MC2/2＋M（C±V）2/2 而E0＝MC2 E/E0＝（MC2/2＋M（C±V）2/2）/ MC2 ＝1±V/C＋V2/（2 C2） 而E/E0＝hf/（hf0）＝f/f0 f/f0＝1±V/C＋V2/（2C2） （6-2） 这就是我们推导的多普勒频移公式，与经典的公式f/f0＝1±V/C相比，多出了一个二阶项。 再回过头来看相对论多普勒频移公式，当V《C时，依据泰勒展开： 1/（1－V２/C２）1/2＝1＋V2/（2 C2）＋… 故式（6-1A）和（6-1B）可以改写为： f/f0＝1±V/C＋V2/（2 C2）＋… （6-3） 对比式(6-2)与式(6-3)可知，我们推出的多普勒频移公式与相对论多普勒频移公式在一阶项和二阶项上完全相同，不同的是相对论公式还有三阶以上的高阶项，而我们推出的公式中没有。 2.光源与接收者之间相互垂直运动 当光源相对于接收者有垂直方向的运动速度V时，光子相对于接收者的速度为（C2+V2）1/2，对应的平动动能为M（C2+V2）/2，再加上光子的振动能MC2/2，此时光子的总能量为： E＝MC2/2＋M（C2+V2）/2 E/E0＝（MC2/2＋M（C2+V2）/2）/ MC2 ＝1＋V2/（2 C2） f/f0＝E/ E0＝1＋V2/（2 C2） （6-4） 这就是我们推得的横向多普勒频率公式，经典理论没有预见到横向多普勒频移效应的存在。 同样，再看看相对论横向多普勒频率公式，当V《C时，将（6-1C）式泰勒展开： f/f0＝1＋V2/（2 C2）＋… （6-5） 对比（6-4）式和（6-5）式可知，我们推出的横向多普勒频移公式与相对论公式在一阶项和二阶项上完全相同，不同的是相对论公式还有三阶以上的高阶项，而我们推出的公式中没有。 综上所述，我们推出的公式，二阶多普勒频移效应与相对论推得的结果是一样的，这就意味着，目前所有支持相对论频移公式的实验，同样也支持我们推出的多普勒频移效应公式；只要是相对论能解释的实验，我们同样能够解释。由此可见，二阶多普勒频移效应未必就是时间膨胀效应造成的，我们不能把二阶多普勒频移说成是时间膨胀效应的实验证据。 如果我们对多普勒频移效应的解释最终被证明是正确的，则光的多普勒频移效应，本质上就是光子能量的变化。由于近代物理学在描述光子的能量时，没有用质量和速度的方法加以描述，而是借用波动学中频率的概念。这样做的结果使得能量的变化被说成了频率的变化。当光源与接收者之间有相对运动时，接收者接收到的光子能量发生变化，从而被误认为是光子频率的变化。 需要指出的是，近代物理学一直在使用的E=hf这一能量公式，实际上是一条未经理论证明、也未经实验验证的假设。这一假设本质上是让人困惑的。既然把光看作是一种粒子，就不存在“频率”这种说法；既然要用“频率”这种波动学中的名词概念来表征光子的能量，就不能把光看作是一种粒子。本文对光子能量的分析和讨论，有助于为物理学打开这种困难的局面。 （三）从光子能量看相对论理论体系的矛盾性 上面我们已经用能量的观点解释了多普勒频移效应，所导出的公式与相对论频移公式二阶项以前完全相同，不同的是相对论频移公式中还有三阶以上的高阶项。为了彻底弄清到底哪种观点正确，需要用新的实验来判决，这种新的实验要能检测出三阶（及三阶以上）多普勒频移效应。 但我们知道，由于普通物体的运动速度远小于光速，做二阶多普勒频移实验已非常困难。而三阶多普勒频移效应比二阶效应更弱，可以想象，做三阶多普勒频移实验将更加困难。因此，想用三阶多普勒频移实验来验证到底哪个公式正确，短期内还实现不了。 实验做不了，我们不妨从理论上作一些探讨。下面我们将对一些极限情况作些分析讨论，以便使人们从中进一步看清相对论理论体系的矛盾性。 如果光源和接收者以接近于光速C的速度相互靠近，即V→C时， 由我们推得的频移公式有：f/f0≈1＋C/C＋C2/（2 C2） ＝2.5 这也就是说，当光源与接收者以接近于光速C的速度相互靠近时，接收者接收到的光子的频率是正常频率的2.5倍，或者说是正常光子能量的2.5倍。 而由相对论频移公式有：f/f0≈（1+C/C）/（1－C２/C２）1/2 ＝2/0 趋近于无穷大。 这就是说，当光源与接收者以接近于光速C的速度相互靠近时，依照相对论多普勒频移公式，接收者接收到的光子的频率将趋于无穷大。再根据E=hf的公式，对应的光子能量也趋于无穷大。一个小小的光子，说其能量为无穷大，显然难于让人接受。这表明，相对论多普勒频移公式存在问题。 问题的矛盾性不仅如此，更突出的问题是这一结论正好与从光速不变原理和质能方程引出的结论完全相反。 光速不变性假设告诉我们，在任何观察者看来，光速恒为C。也就是说，即使观察者以接近于光速C的速度向光源靠近，观察者观察到的光速仍为C。而相对论质能方程告诉我们，光子的能量由E=MC2确定。既然任何观察者观察到的光速均为C，则不同速度的观察者观察同一个光子，其能量应完全相同，均为E=MC2。这也就是说，即使观察者以接近于光速的速度向光源靠近，他观察到的光子能量也与正常的光子能量一样。 相对论多普勒频移公式告诉我们，当观察者以接近于光速的速度向光源靠近时光子的能量趋于无穷大，而光速不变原理结合质能方程告诉我们，此时光子的能量与正常无异，显然这两者之间有矛盾。这表明，要么是相对论多普勒频移公式错误，要么是光速不变原理和质能方程错误，要么它们都错误。 尽管目前我们还无法用实验来证明究竟是相对论对光谱频移的分析正确，还是我们对光谱频移本质的分析正确，但通过上面对相对论频移公式存在问题的分析，已在一定程度让我们相信，相对论的分析是错误的。 二、星光光谱频移 （一）光介子对光子能量及频率的影响 我们在前面推导多普勒频移公式时，没有考虑光介子对光速的影响。事实上，光介子的影响肯定是存在的。但在短距离内，光介子对光子总能量的影响非常小。因此，一般情况下，完全可以不考虑光介子对多普勒频率的影响，但在长距离内，这种影响不得不考虑。 光介子假说告诉我们，光介子普遍存在，且对光速产生明显的影响。既然光介子能够影响到光子的速度，是否也会影响到光子的能量从而导致多普勒频移呢？ 光介子非常小，与其它物质之间的相互作用非常弱，对其它物质能量的影响非常非常小。当光子在光介子层中运动时，被光介子吸收的光子能量也非常非常小。否则的话，当光线从一个星系传播到另一个星系时，光子的能量早被宇宙空间中的光介子层吸收尽了，根本不可能传播得很远。我们能够看到几百亿光年远的星体传过来的光线，就说明光介子层对光子能量的吸收非常弱。短距离内，光介子层对光子能量的影响可以忽略不计。 看到这里，细心的读者也许会问，光介子假说告诉我们，从运动光源发出的光，一进入光介子层，原有的与源速有关的粒子速度就很快失去而被光介子层的推动速度所代替。既然光子的速度已经受到了光介子的影响，怎么说光子的能量没有明显变化呢？ 当光子的速度受到光介子层的影响发生变化时，光子的平动动能确实会发生变化，但这并不意味着光子总能量也会相应变化。因为在与光介子的作用过程中，光介子并没有吸收（或给予）光子多少能量，因光子的总能量不会有明显变化。为什么光子的平动动能发生了明显变化而总能量仍能维持不变呢？原因在于光子在光介子的作用下速度发生变化时，其平动动能和振动能之间发生了转化。当光子的平动动能减少时，减少的这部分能量转化为光子的振动能；相反，当光子速度增加时，其平动动能增加也来源于光子振动动能的减少。总的来说，光子的总能量并无明显变化。形象地说，这就象一个落到地上的弹簧振子。在振子与地面的接触过程中，受地面的作用，振子的速度不断降低，振子的动能逐渐转变为弹簧的势能，但总能量仍保持不变。一旦振子的动能全部转变为弹簧的势能，振子的势能又开始向动能转化，振子开始反弹。然后再降低、再反弹，这一过程重复多次，但振子的总能量基本保持不变。 由此可见，尽管光介子常常会影响光的速度，但在短距离内，它几乎不影响光子的能量，也就是说，它几乎不影响光的频率。虽然上节我们在推导多普勒频移公式时没有考虑光介子的影响，但这并不影响该公式在短距离内的适用性（至少地球上的一切实验都可不考虑光介子对光的频率的影响）。 （二）星光红移的本质及大爆炸理论质疑 尽管光介子对光子能量的影响不大，但并不是没有影响。如果光子在光介子层中运行的距离足够远，受光介子层的作用时间足够长，这种影响就会表现出来。 我们知道，光介子广泛存在于宇宙各处。当光线从一个星球传播到另一个星球的过程中，要穿过一层又一层疏密不匀的光介子层。尽管太空中的光介子十分稀薄，对光子能量的影响也十分微弱，但星系与星系之间的距离实在是太遥远了。经过这么长时间光介子层的累积作用，其影响就不可小视了，光子的能量或多或少要损失一些。光线穿越的距离越长，它损失的能量就越大，光子损失的能量与光线走过的距离成正比。距离地球越远的天体，发出的光在到达地球前损失的能量就越多，因此，地球上观察到的星光的能量就越小。而光子的能量是和频率相对应的，光子的能量越低，其频率就越低。这说明，从远处天体传到地球的星光，其频率会比最初的低。 光的频率不同，在人的眼睛中表现为颜色的不同。可见光中，频率最低的是红光，频率最高的是蓝光、紫光。频率降低，意味着光谱向红光方向移动，因而常被称为光谱的“红移”，相反，频率升高，称为光谱的“蓝移”或“紫移”。 天文观察发现，确实存在越远的星系发出的光，其频率越低的现象。人们把这种现象称为“星光红移”。这说明，我们对太空中传播的光的能量的分析是对的，正是由于星光受到太空中光介子层的作用能量不断衰减，才造成了星光红移。 但是，过去人们一直把星光红移解释成是远处星系的运动造成的。在本文对光谱频移的本质作出新的解释以前，人们一直认为多普勒频移是由光源与接收者的相对运动引起的。因此，人们很自然认为星光红移是由星系相对于地球运动造成的。 实际观察到的星光红移量的大小并不是杂乱无章的，而是和星系与地球的距离成正比。如果星光红移真是由星系离开地球的速度引起的，就意味着，星系越远，它离开我们的速度就越快。这表明，宇宙在膨胀。 既然现在的宇宙在膨胀，反推回去，人们相信过去的宇宙一定比现在的小。继续往前推，想必宇宙当初是一个小点。因此，有人据此提出了宇宙大爆炸理论，认为现在的宇宙正是由当初这个原始小点爆炸而来的。目前，这一理论非常流行，似乎已成为解释宇宙起源的最好理论。 但大爆炸理论真的正确完美吗？笔者心中存有一些疑问。 设想一种普通物质的爆炸，爆炸完后，爆炸物必定呈辐射状向四周飞射。经过一段时间，爆炸物已纷纷远离了爆炸原点。尽管速度快的物质离开原点远些，速度慢的物质离开原点近些，但总的来说，这些物质基本上集中在一球壳形表面附近，球的中间基本是空的，离球心很远的地方也是空的。 从常见的爆炸现象可以推想，如果宇宙确实是爆炸形成的，则宇宙间各种星系、星体应该呈辐射状运动，且有部分空间是空的。可是天文观察表明，辐射运动并不是宇宙天体运动的主要形式。例如，月亮围绕地球转，地球围绕太阳转，整个太阳系围绕银河系转，而整个银河系又围绕总星系转等。由此可见，涡旋运动是目前我们直接观察到的各种宇宙天体的主要运动形式。这种运动形式明显地与大爆炸所形成的辐射状运动不相符。另一方面，各种天体的分布也没有象爆炸产物一样主要聚集在一球形壳体周围。相反，天文观察表明，从宇宙大尺度上讲，各种星系都比较均匀地分布在宇宙空间，既没有发现爆炸过后留下的空荡荡的宇宙“球心”，也没有发现爆炸产物尚未到达的空荡荡的“外围”空间。这也就是说，没有足够的证据表明宇宙空间内的各种星体或星系是按爆炸所形成的分布形式分布在某一球面周围的。这些事实表明，大爆炸理论未必正确，它难于解释现在的宇宙天体的分布形式和运动形式。 不仅如此，还有许多人认为时间、空间也起源于这次大爆炸。这样，问题就更多了。如果时间真的是起源于这次大爆炸，那爆炸之前就没有时间。没有时间，也就没有变化。没有变化，也就意味着宇宙将永远维持它原有的存在状态不变。既然其存在状态不会发生变化，又怎么可能从平静中生出大爆炸呢？ 反过来讲，要产生大爆炸，必须有物质聚集和爆炸酝酿的过程。只要这种过程存在，说明时间进程在大爆炸之前就已经存在。既然时间在大爆炸之前就已经存在，又怎么能说时间是随大爆炸一同产生的呢？ 时间同大爆炸一同产生的观点难于成立，同样，空间随大爆炸一同产生的观点也难于成立。空间是物质存在的必要条件，没有空间也就没有物质。如果说大爆炸之前没有空间，也就没有物质。既然当初没有物质，那宇宙物质又从何而来？ 除此以外，还有许多人认为，目前的空间仍然在随宇宙物质一同膨胀。如果空间真的是和宇宙物质一同膨胀的，我们能够观察到这种膨胀效应吗？显然不能。空间膨胀意味着所有的物体在膨胀、所有的距离在膨胀、所有的尺子在膨胀。既然你在膨胀、我也在膨胀、所有的物体都在膨胀，我们周围的一切都在按同一比例膨胀，那我们又如何能够觉察到这种膨胀呢？要观察一种膨胀，必须有一个不变的参考标准。如果说目前的宇宙在膨胀，只能以绝对空间为标准，只能认为空间是预先存在的。这同样说明，空间并不是随宇宙物质一同爆炸产生的。 其实，除了上述疑问外，人们还可以提出更多的问题。宇宙的原初小球是怎样形成的？众多的宇宙物质能被压缩成一点吗？是什么力量使原初小球发生了大爆炸？目前的宇宙会继续膨胀下去吗？大爆炸理论与热力学第二定律矛盾吗？尽管人们心中存有这么多疑问，也有不少人从不同角度对大爆炸理论提出过种种质疑，但还没有一种质疑真正动摇过大爆炸理论。因为从星光红移到宇宙大爆炸理论，逻辑上似乎是无懈可击的。就连爱因斯坦这样伟大的科学家，虽然对大爆炸理论带来的困难有所认识，但仍未对其正确性表示过怀疑。爱因斯坦曾明确说：“这里确实引起了一个不可思议的困难局面。如果将哈勃发现的银河光谱线位移解释成为一种膨胀（从理论的观点看来这是没有多少疑问的），那么，依此推断，此种膨胀‘仅仅’起源于大约十亿年以前；而按照天文物理学，各个个别恒星和恒星系的发展很可能需要长得多的时间。如何克服这种矛盾，仍毫无所知。” 上面说的是，如果以银河光谱线位移来推算宇宙的爆炸时间，得出的结论会出现宇宙年龄比星球年龄还小的矛盾。现在，新的事实又揭露出了新的矛盾。不久前，有报道说哈勃望远镜发现了约260亿光年远的星体。而我们对宇宙年龄的流行看法是100多亿年。这就是说，如果这些星体起源于宇宙大爆炸，即使它们以光速运动，最远也只能运行到100多亿光年远的地方。那为什么260亿光年远的地方还有星体呢？显然这又是一个矛盾。 这些矛盾，是大爆炸理论所固有的，依靠该理论自身永远也无法解决。本章的分析已经表明，星光红移是由光子在宇宙中运动时受光介子的作用能量不断衰减引起的，根本不是由星系运动造成的。既然星光红移并不表明星体在向外膨胀，宇宙大爆炸理论成立的前提理由和基础就完全丧失了，宇宙大爆炸理论就不再成立。反过来，只要不再坚持宇宙大爆炸的观点，由大爆炸理论带来的各种混乱思想和困难局面就会不复存在。 （三） 奥勃斯佯谬新解 宇宙是无边无际的，这种宇宙观一直深得人心。但是，有人从这种宇宙观中看出了矛盾。 天文观察表明，所有星系都比较均匀地分布在宇宙空间中。德国天文学家奥勃斯由此推论，如果天空中均匀分布许多发亮的恒星，因宇宙无穷大，则宇宙中必有无数个这样的恒星。当这些恒星发出的光照到地球上时，地球上就可以接收到无限大的光照，天空应该无限地明亮，白天和黑夜应该没有区别。但事实并不是如此，我们不仅能够看到白天，也能够看到黑夜。即使白天，天空的亮度也是有限的。由此可见，推论和事实出现了矛盾。这就是有名的“奥勃斯佯谬”，有时也称为“光度佯谬”。 对这种矛盾，奥勃斯感觉不可理解，为此，他开始寻找推论中出现无穷大光照的原因。后来他意识到，这可能是没有考虑到恒星之间相互遮挡的缘故。但是，当把这一因素考虑在内后作重新计算，结果表明，天空虽不再是无限地明亮，但也应比白天亮得多，大约相当于整个天空中布满太阳以后的明亮程度，黑夜和白天仍然无法区分。这就是说，问题仍然没有得到彻底解决。 后来，又有人找到另外一种原因，他们认为布满在宇宙空间的星际尘埃会把远处过来的光线大部分吸收掉，地球主要受近处恒星（太阳）的光照，因此有白天黑夜之分。但是对星际尘埃的研究表明，宇宙中的尘埃也和恒星一样，具有辐射能力，它们在吸收光的同时，也在向外辐射光。因此，即使考虑宇宙尘埃对光的吸收作用，“奥勃斯佯谬”也仍然存在。 问题到底出在哪儿呢？人们一直没有找到满意的答案。直到宇宙大爆炸理论出现之后，才有人意识到可能正是由于远处恒星的高速运动造成光谱红移，使得越远的星体看起来越暗，直至肉眼看不见。此时，近处恒星（太阳）的光照对地球起着主导作用，因此才有黑夜和白天之分。 但是，上面我们已经分析指出，宇宙大爆炸理论是不成立的，那么我们又该如何解释“奥勃斯佯谬”呢？ 我们知道，光介子普遍存在于宇宙空间中，尽管非常稀少，但星际之间的距离实在是太遥远了。当光线穿过一层又一层光介子层时，光介子会逐渐“磨损”光子的能量，因此光子的频率会越来越低。远处恒星发出的光由于经过超长距离光介子的作用，到达地球时已经“红移”，甚至已经“红移”到肉眼看不到的程度，地球主要只接收来自太阳的可见光。因此，当夜晚来临时，天空就黑了。这就是我们对“奥勃斯佯谬”的解释。 初看起来，这种解释与宇宙尘埃吸收光的说法差不多，实际上两者完全不同。宇宙尘埃是把整个光子吸收掉，然后再辐射光子。但光介子比光子还小得多，它不可能一下“吞进”光子，只能慢慢“磨”去光子的能量，因此光介子不会象宇宙尘埃那样“吐出”（辐射）光子。只要不辐射光子，就不会出现象宇宙尘埃说那样仍无法解释“奥勃斯佯谬”的局面。 （四） 引力频移的本质 我们已经知道，光谱频移的本质是光子能量的变化。光子能量发生改变的途径有多种，相应地，光谱频移的途径也有多种。当光源与接收者相对运动时，接收到的光子的能量不同，光的频率会发生变化，这种频移称为“多普勒频移”；当光与宇宙空间中的光介子等物质发生作用时，光子的能量发生变化，光的频率也会变化，这种频移称为“星光红移”。这两种情况前面我们已经讨论过。当光子在引力场中，受引力场的作用，光子的速度会发生变化，相应地，光子的能量发生变化，可以预见，光线的频率也会变化，这种频移称为“引力频移”。 当光线从低处沿引力场反方向向上运动时，引力场的作用使光子的速度逐渐变小，光子的动能变小，总能量变小，对应的光线频率降低。因此，在高处测量从低处来的光子，其频率要比正常的低。或者说，高处的观察者会认为低处的光的频率低。这种由引力造成的“红移”，简称为“引力红移”。 相反，当光线从高处沿引力场的方向向下运动时，引力场的作用使光子的速度逐渐变大，光子的动能变大，总能量变大，对应的光线频率升高。因此，在低处测量从高处来的光子，其频率要比正常的高。或者说，低处的观察者会认为高处的光的频率高。这种现象可称为“引力蓝移”。 由此可见，引力不仅会造成“引力红移”，也会造成“引力蓝移”，这要视光线在引力场中的运动方向而定。当光线从星球表面向外运动时，引力的作用造成光谱红移；当光线从外层空间来到星球表面时，引力的作用造成光谱蓝移。“引力红移”和“引力蓝移”统称为“引力频移”。 第三章我们已经作过计算，地球的引力对光速的影响非常小，自然对光子能量和频率的影响也非常小。因此，在地球上很难观察到引力频移现象。即使太阳，对光的频率的影响也非常弱。但是，宇宙中还存在着许多高质量的天体，这些天体的物质密度非常之高，比如白矮星，每立方厘米的物质可达10吨。它们的引力场要比太阳强得多，产生的引力频移也大得多。如果我们观察这些天体发出的光，应该观察到光线的“引力红移”。 事实上，“引力红移”现象早已为天文观察所证实。这说明，引力频移确实存在。 但相对论是用时空弯曲来解释“引力红移”现象的。广义相对论认为，引力场会造成时空弯曲。引力场越强，时间进程越慢。因此，强引力场区的时钟要比弱引力场区中的时钟走得慢。既然可以把振动着的原子当作钟，那么强引力区的原子振动频率将低于地球上同种原子的振动频率。这也就是相对论解释的“引力红移”。 显然，相对论所说的“引力红移”与我们所说的“引力频移”是有区别的。相对论的“引力频移”是绝对的、静止的观点。它认为光谱频率的高低只与光线在引力场中的位置有关，与光线的运动方向无关。强引力场区的光谱频率一定比弱引力场区的光谱频率低，引力场区的光谱频率一定比无引力场区的光谱频率低。只要有引力场存在，光谱的频率一定比正常的频率低。因此，相对论预言的引力频移只有“引力红移”，没有“引力蓝移”。 而我们预言的“引力频移”不仅有“引力红移”，还有“引力蓝移”，是一种相对的、变化的观点。我们认为，不论是在强引力场区还是在弱引力场区，同种光源产生的光，在光线刚产生的瞬间，它们的频率总是相同的。但是随着光的运动，受引力场的作用，光的速度和能量发生变化，光的频率也相应发生变化。当光从下往上运动时，受引力场的作用，光的速度逐渐变小，频率逐渐变低，此时引力带来的频移效应是“引力红移”。而当光从上往下运动时，受引力场的作用，光的速度逐渐增大，频率逐渐变高，此时引力带来的频移效应是“引力蓝移”。如果光线是从弱引力场区来的，它的频率将比在此引力场区产生的光的频率要高，同时也比强引力场区来的光的频率高。相反，如果光线是从强的引力场区来的，它的频率将比在此引力场区产生的光的频率要低，同时也比从弱引力场区来的光的频率低。这说明，在引力场中的同一地点，既有比正常频率高的光，也有比正常频率低的光。 那么是相对论的“引力红移”论正确，还是我们的“引力频移”论正确呢？这需要用实验来验证。据有关书籍介绍，尽管地球引力场产生的引力频移非常小，但采用“穆斯堡尔效应”还是可以测量的。60年代，人们曾用“穆斯堡尔效应”验证了地球的“引力红移”。如果这是真的话，我们相信用新的实验，可以在两种解释之间作出选择。只要能测量证明光线从高处往低处运动时频率增加，从低处往高处运动时频率降低，而且在高处和低处产生的光最初的频率相同，就能证明相对论对引力频移效应的解释是错误的，我们的解释更符合引力频移的本质。 用光子能量变化的观点解释光的频率变化，可将“多普勒频移”、“星光红移”、“引力红移”这些光谱频移现象自然而然地联系在一起，以进一步揭示光谱频移的共同本质。反观现有的理论，“多普勒频移”和“星光红移”被说成是相对运动造成的，而“引力红移”又被说成引力场的作用造成的。同样是光谱频移，理论上却看不出它们之间的丝毫联系，这本身就意味着，现有理论值得进一步反思。 |