【教材】全日制普通高級(jí)中學(xué)教科書(shū)·物理第三冊(cè)(必修加選修)第二十二章第一節(jié)。

【教學(xué)時(shí)間】一課時(shí)。

【教學(xué)目標(biāo)】

1.知識(shí)與技能

●了解并識(shí)別光電效應(yīng)現(xiàn)象。

●能表述光電效應(yīng)現(xiàn)象的規(guī)律。

教材全日制普通高級(jí)中學(xué)教科書(shū)·物理第三冊(cè)(必修加選修)第二十二章第一節(jié)。

教學(xué)時(shí)間一課時(shí)。

教學(xué)目標(biāo)

1.知識(shí)與技能

了解并識(shí)別光電效應(yīng)現(xiàn)象。

能表述光電效應(yīng)現(xiàn)象的規(guī)律。

一、駁宇宙大爆炸假說(shuō)

當(dāng)人們用望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)銀河系以外的星系時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)星系光譜都存在紅移或藍(lán)移現(xiàn)象，并且越遠(yuǎn)的星系其光譜紅移值越大。根據(jù)多普勒效應(yīng)：星系光譜存在紅移說(shuō)明星系正離我們遠(yuǎn)去，星系光譜存在藍(lán)移說(shuō)明星系正向著我們運(yùn)動(dòng)。需要指出的是越遠(yuǎn)的星系紅移值也越大，看起來(lái)所有的星系都好象以銀河系為中心向外爆炸形成的一樣，越遠(yuǎn)的星系離開(kāi)我們的速度也越大。鑒于此有人提出宇宙大爆炸假說(shuō)：認(rèn)為宇宙是由150億年前發(fā)生的一次大爆炸形成的，人類居住的銀河系則是宇宙的中心?？墒侨藗?cè)谟^測(cè)銀河系和河外星系時(shí)，卻并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)銀河系有什么特別之處。有人據(jù)此懷疑宇宙大爆炸假說(shuō)；也有人從星系的演化推算出宇宙的年齡大于150億年；還有人認(rèn)為若宇宙大爆炸假說(shuō)是正確的，那么宇宙輻射在各個(gè)方向上就會(huì)表現(xiàn)出各向異性；更有人擔(dān)心宇宙的膨脹沒(méi)有盡頭，遂認(rèn)為宇宙的膨脹和收縮是交替進(jìn)行的……。但不管怎樣，大部分人還是相信“眼見(jiàn)為實(shí)”，由星系光譜的紅移現(xiàn)象承認(rèn)了宇宙大爆炸假說(shuō)。更有人把紅移現(xiàn)象與宇宙背景輻射和宇宙元素豐度并作宇宙大爆炸假說(shuō)的三大支柱。那么宇宙是否發(fā)生過(guò)爆炸并仍在向外擴(kuò)張，年齡是否只有150億年呢？非也！

1．星系光譜紅移原因

20世紀(jì)初，當(dāng)人們用望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)銀河系以外的星系時(shí)，發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)星系光譜都有紅移現(xiàn)象，并且越遠(yuǎn)的星系其光譜紅移值越大。有人認(rèn)為星系光譜紅移是因?yàn)樾窍嫡陔x我們遠(yuǎn)去，從而得出這樣的結(jié)論：所有的星系都是以我們銀河系為中心向外爆炸后形成的，越遠(yuǎn)的星系離開(kāi)我們的速度也越大；宇宙中所有的星系都在彼此分離，并且越遠(yuǎn)的星系相互分離的速度越大。值得一提的是，我們銀河系正處在爆炸中心，足以值得我們自豪的是：銀河系是宇宙中獨(dú)一無(wú)二的星系—因?yàn)樗怯钪娴闹行?。更讓我們驚奇的是，銀河系自身也在不斷運(yùn)動(dòng)著，然而無(wú)論它運(yùn)動(dòng)到哪里，它始終是銀河系的中心。我們解釋不了銀河系為什么是宇宙的中心，因?yàn)殂y河系也和其它星系一樣，并沒(méi)有什么特別之處。有人以為，銀河系處于宇宙的中心是一個(gè)巧合，雖然銀河系從上個(gè)世紀(jì)至今一直在不斷運(yùn)動(dòng)，但它走過(guò)的距離和整個(gè)宇宙空間的尺寸比起來(lái)是微不足道的，所以銀河系目前仍然處在宇宙的中心，這種看法未免有些牽強(qiáng)。因?yàn)槿藗冊(cè)谟^測(cè)近處的星系時(shí)，發(fā)現(xiàn)近處的星系并沒(méi)有相互分離的趨勢(shì)，并且也沒(méi)有證據(jù)表明近處的星系正在以某一個(gè)中心為起點(diǎn)向外膨脹。因此“銀河中心說(shuō)”頗值得懷疑。還有的人雖然承認(rèn)宇宙大爆炸假說(shuō)，但不承認(rèn)“銀河中心說(shuō)”，他們不認(rèn)為銀河系是宇宙的中心。這種觀點(diǎn)同樣也是站不住腳的。我們可以這樣分析：如果宇宙大爆炸假說(shuō)是正確的，那么宇宙中所有的星系必定在以某一個(gè)中心為起點(diǎn)向外膨脹，星系之間彼此互相分離。目前我們觀測(cè)到近處的星系并沒(méi)有相互分離的趨勢(shì)，并且也沒(méi)有證據(jù)表明近處的星系在以某一個(gè)中心為起點(diǎn)向外膨脹。倘若我們不是在宇宙的中心而是處于偏離宇宙中心的任一點(diǎn)處，因?yàn)樵谖覀冎車男窍刀紱](méi)有相互分離的趨勢(shì)，也沒(méi)有以某一個(gè)中心為起點(diǎn)向外膨脹，這樣一來(lái)，倘若宇宙中任一點(diǎn)處的星系都沒(méi)有相互分離的趨勢(shì)，那么整個(gè)宇宙也不可能在膨脹，即宇宙大爆炸假說(shuō)是錯(cuò)誤的。

前事不忘，后事之師。人類文明發(fā)展到今天，“地心說(shuō)”和“日心說(shuō)”都被證明是為科學(xué)，難道我們還要重蹈覆轍提出“銀河中心說(shuō)”嗎？愚以為，我們應(yīng)當(dāng)承認(rèn)這樣一個(gè)假設(shè)，那就是：銀河系按目前的速度運(yùn)動(dòng)下去，100萬(wàn)年，100億年以后，我們?nèi)匀粫?huì)發(fā)現(xiàn)自己處在宇宙的“中心”，無(wú)論我們處在宇宙的任何地方，中心也好，邊緣也好，我們都會(huì)發(fā)現(xiàn)宇宙中越遠(yuǎn)的星系光譜紅移值也越大，就好象我們處在宇宙的“中心”一樣。事實(shí)上，這個(gè)“中心”是光子在宇宙空間中的傳播特性引起我們視覺(jué)上的錯(cuò)誤，“眼見(jiàn)”未必“為實(shí)”，我們不能過(guò)分相信“眼見(jiàn)”的東西。

紅移現(xiàn)象是否由觀測(cè)者自身的運(yùn)動(dòng)引起的呢？不是的！如果紅移現(xiàn)象是由觀測(cè)者自身的運(yùn)動(dòng)引起的，那么我們將觀測(cè)到與我們相向運(yùn)動(dòng)的星系光譜將發(fā)生藍(lán)移而與我們相背運(yùn)動(dòng)的星系光譜將發(fā)生紅移，然而事實(shí)并非如此。再者，雖然我們“坐地日行八萬(wàn)里”，但這個(gè)速度和光速比起來(lái)實(shí)在算不了什么，不至于影響觀測(cè)結(jié)果。換句話說(shuō)，我們?cè)谟^測(cè)星系紅移值時(shí)，觀測(cè)者自身運(yùn)動(dòng)速度的影響可以忽略不計(jì)。紅移現(xiàn)象說(shuō)明光子與觀察者之間的相對(duì)速度變小了。產(chǎn)生這種情況有兩種可能：第一是星系正離我們遠(yuǎn)去，第二是光子在穿越宇宙空間時(shí)速度變小了。這兩種情況都可能導(dǎo)致星系光譜紅移。我們認(rèn)為導(dǎo)致星系光譜紅移的原因是后者。光子在穿越宇宙空間時(shí)會(huì)與各種粒子(比如引力子)相互作用從而使其速度逐漸減小。當(dāng)然單個(gè)粒子與光子作用時(shí)間極短，引起光子速度的改變量也是極其微小的，以致于我們觀測(cè)不到。隨著光子穿越宇宙空間距離的增大，與光子作用的粒子數(shù)目也逐漸增多，光子速度的減小量也越明顯?？梢酝茰y(cè)：光子在穿越一定的宇宙空間距離后速度將減小到零。由于光子速度為零故相對(duì)我們的能量也為零，這樣的光子當(dāng)然不會(huì)被我們觀測(cè)到?？梢?jiàn)用光學(xué)法觀測(cè)宇宙空間尺度時(shí)有一個(gè)極限：150億光年(也有人認(rèn)為是200億光年)。在這個(gè)尺度以外的星系發(fā)出的光子由于在沒(méi)有到達(dá)地球時(shí)速度已經(jīng)降低到零，所以這樣的星系不可能被我們觀測(cè)到，至少目前還沒(méi)有辦法觀測(cè)到。也有人認(rèn)為，紅移現(xiàn)象是由光子頻率減小引起的，即認(rèn)同第一種可能：認(rèn)為星系正離我們遠(yuǎn)去。這種觀點(diǎn)聽(tīng)起來(lái)很有道理，卻經(jīng)不起分析。我們知道，星系離我們遠(yuǎn)去時(shí)會(huì)引起光子頻率減小，但各種不同頻率光子的頻率減小量應(yīng)該相同，反應(yīng)在星系光譜上，各種不同頻率光子的紅移量應(yīng)該相同。因此，不論星系離我們多遠(yuǎn)，星系光譜雖然發(fā)生紅移但不應(yīng)該變寬，但事實(shí)上遠(yuǎn)處星系光譜卻被拉寬了（星系光譜不會(huì)變寬是指星系光譜中任意兩條譜線的距離恒定，雖然它們都發(fā)生了紅移，但它們移動(dòng)的距離相等，因此各譜線之間的距離不變）。而且能量越小的光子紅移值越大，能量越大的光子紅移值越小。不同頻率光子的頻率減小量不同，說(shuō)明紅移現(xiàn)象不是由光子頻率減小引起的。即第一種可能站不住腳。假設(shè)宇宙中所有的星系都是靜止的，宇宙空間中的物質(zhì)是均勻分布的，那么光子穿越宇宙空間時(shí)的速度衰減量?jī)H與其通過(guò)的空間距離有關(guān)。光子穿越的宇宙空間越長(zhǎng)，其速度衰減量也越大。這樣星系光譜的紅移值僅與其離我們的距離有關(guān)，離我們?cè)竭h(yuǎn)的星系紅移值也越大，就好象越遠(yuǎn)的星系正在以越快的速度離開(kāi)我們一樣。這也正是哈勃定律所揭示的：星系遠(yuǎn)離銀河系的速度ν與距離成正比，ν=H*D，其中H為哈勃常數(shù)。實(shí)際上宇宙中各星系都在不斷運(yùn)動(dòng)著，宇宙空間中的物質(zhì)也并非均勻分布的，造成星系光譜紅移的原因也很多，所以光譜的實(shí)際紅移值要考慮許多情況。

一、駁宇宙大爆炸假說(shuō)

當(dāng)人們用望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)銀河系以外的星系時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)星系光譜都存在紅移或藍(lán)移現(xiàn)象，并且越遠(yuǎn)的星系其光譜紅移值越大。根據(jù)多普勒效應(yīng)：星系光譜存在紅移說(shuō)明星系正離我們遠(yuǎn)去，星系光譜存在藍(lán)移說(shuō)明星系正向著我們運(yùn)動(dòng)。需要指出的是越遠(yuǎn)的星系紅移值也越大，看起來(lái)所有的星系都好象以銀河系為中心向外爆炸形成的一樣，越遠(yuǎn)的星系離開(kāi)我們的速度也越大。鑒于此有人提出宇宙大爆炸假說(shuō)：認(rèn)為宇宙是由150億年前發(fā)生的一次大爆炸形成的，人類居住的銀河系則是宇宙的中心?？墒侨藗?cè)谟^測(cè)銀河系和河外星系時(shí)，卻并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)銀河系有什么特別之處。有人據(jù)此懷疑宇宙大爆炸假說(shuō)；也有人從星系的演化推算出宇宙的年齡大于150億年；還有人認(rèn)為若宇宙大爆炸假說(shuō)是正確的，那么宇宙輻射在各個(gè)方向上就會(huì)表現(xiàn)出各向異性；更有人擔(dān)心宇宙的膨脹沒(méi)有盡頭，遂認(rèn)為宇宙的膨脹和收縮是交替進(jìn)行的……。但不管怎樣，大部分人還是相信“眼見(jiàn)為實(shí)”，由星系光譜的紅移現(xiàn)象承認(rèn)了宇宙大爆炸假說(shuō)。更有人把紅移現(xiàn)象與宇宙背景輻射和宇宙元素豐度并作宇宙大爆炸假說(shuō)的三大支柱。那么宇宙是否發(fā)生過(guò)爆炸并仍在向外擴(kuò)張，年齡是否只有150億年呢？非也！

1．星系光譜紅移原因

20世紀(jì)初，當(dāng)人們用望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)銀河系以外的星系時(shí)，發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)星系光譜都有紅移現(xiàn)象，并且越遠(yuǎn)的星系其光譜紅移值越大。有人認(rèn)為星系光譜紅移是因?yàn)樾窍嫡陔x我們遠(yuǎn)去，從而得出這樣的結(jié)論：所有的星系都是以我們銀河系為中心向外爆炸后形成的，越遠(yuǎn)的星系離開(kāi)我們的速度也越大；宇宙中所有的星系都在彼此分離，并且越遠(yuǎn)的星系相互分離的速度越大。值得一提的是，我們銀河系正處在爆炸中心，足以值得我們自豪的是：銀河系是宇宙中獨(dú)一無(wú)二的星系—因?yàn)樗怯钪娴闹行摹８屛覀凅@奇的是，銀河系自身也在不斷運(yùn)動(dòng)著，然而無(wú)論它運(yùn)動(dòng)到哪里，它始終是銀河系的中心。我們解釋不了銀河系為什么是宇宙的中心，因?yàn)殂y河系也和其它星系一樣，并沒(méi)有什么特別之處。有人以為，銀河系處于宇宙的中心是一個(gè)巧合，雖然銀河系從上個(gè)世紀(jì)至今一直在不斷運(yùn)動(dòng)，但它走過(guò)的距離和整個(gè)宇宙空間的尺寸比起來(lái)是微不足道的，所以銀河系目前仍然處在宇宙的中心，這種看法未免有些牽強(qiáng)。因?yàn)槿藗冊(cè)谟^測(cè)近處的星系時(shí)，發(fā)現(xiàn)近處的星系并沒(méi)有相互分離的趨勢(shì)，并且也沒(méi)有證據(jù)表明近處的星系正在以某一個(gè)中心為起點(diǎn)向外膨脹。因此“銀河中心說(shuō)”頗值得懷疑。還有的人雖然承認(rèn)宇宙大爆炸假說(shuō)，但不承認(rèn)“銀河中心說(shuō)”，他們不認(rèn)為銀河系是宇宙的中心。這種觀點(diǎn)同樣也是站不住腳的。我們可以這樣分析：如果宇宙大爆炸假說(shuō)是正確的，那么宇宙中所有的星系必定在以某一個(gè)中心為起點(diǎn)向外膨脹，星系之間彼此互相分離。目前我們觀測(cè)到近處的星系并沒(méi)有相互分離的趨勢(shì)，并且也沒(méi)有證據(jù)表明近處的星系在以某一個(gè)中心為起點(diǎn)向外膨脹。倘若我們不是在宇宙的中心而是處于偏離宇宙中心的任一點(diǎn)處，因?yàn)樵谖覀冎車男窍刀紱](méi)有相互分離的趨勢(shì)，也沒(méi)有以某一個(gè)中心為起點(diǎn)向外膨脹，這樣一來(lái)，倘若宇宙中任一點(diǎn)處的星系都沒(méi)有相互分離的趨勢(shì)，那么整個(gè)宇宙也不可能在膨脹，即宇宙大爆炸假說(shuō)是錯(cuò)誤的。

前事不忘，后事之師。人類文明發(fā)展到今天，“地心說(shuō)”和“日心說(shuō)”都被證明是為科學(xué)，難道我們還要重蹈覆轍提出“銀河中心說(shuō)”嗎？愚以為，我們應(yīng)當(dāng)承認(rèn)這樣一個(gè)假設(shè)，那就是：銀河系按目前的速度運(yùn)動(dòng)下去，100萬(wàn)年，100億年以后，我們?nèi)匀粫?huì)發(fā)現(xiàn)自己處在宇宙的“中心”，無(wú)論我們處在宇宙的任何地方，中心也好，邊緣也好，我們都會(huì)發(fā)現(xiàn)宇宙中越遠(yuǎn)的星系光譜紅移值也越大，就好象我們處在宇宙的“中心”一樣。事實(shí)上，這個(gè)“中心”是光子在宇宙空間中的傳播特性引起我們視覺(jué)上的錯(cuò)誤，“眼見(jiàn)”未必“為實(shí)”，我們不能過(guò)分相信“眼見(jiàn)”的東西。

紅移現(xiàn)象是否由觀測(cè)者自身的運(yùn)動(dòng)引起的呢？不是的！如果紅移現(xiàn)象是由觀測(cè)者自身的運(yùn)動(dòng)引起的，那么我們將觀測(cè)到與我們相向運(yùn)動(dòng)的星系光譜將發(fā)生藍(lán)移而與我們相背運(yùn)動(dòng)的星系光譜將發(fā)生紅移，然而事實(shí)并非如此。再者，雖然我們“坐地日行八萬(wàn)里”，但這個(gè)速度和光速比起來(lái)實(shí)在算不了什么，不至于影響觀測(cè)結(jié)果。換句話說(shuō)，我們?cè)谟^測(cè)星系紅移值時(shí)，觀測(cè)者自身運(yùn)動(dòng)速度的影響可以忽略不計(jì)。紅移現(xiàn)象說(shuō)明光子與觀察者之間的相對(duì)速度變小了。產(chǎn)生這種情況有兩種可能：第一是星系正離我們遠(yuǎn)去，第二是光子在穿越宇宙空間時(shí)速度變小了。這兩種情況都可能導(dǎo)致星系光譜紅移。我們認(rèn)為導(dǎo)致星系光譜紅移的原因是后者。光子在穿越宇宙空間時(shí)會(huì)與各種粒子(比如引力子)相互作用從而使其速度逐漸減小。當(dāng)然單個(gè)粒子與光子作用時(shí)間極短，引起光子速度的改變量也是極其微小的，以致于我們觀測(cè)不到。隨著光子穿越宇宙空間距離的增大，與光子作用的粒子數(shù)目也逐漸增多，光子速度的減小量也越明顯?？梢酝茰y(cè)：光子在穿越一定的宇宙空間距離后速度將減小到零。由于光子速度為零故相對(duì)我們的能量也為零，這樣的光子當(dāng)然不會(huì)被我們觀測(cè)到。可見(jiàn)用光學(xué)法觀測(cè)宇宙空間尺度時(shí)有一個(gè)極限：150億光年(也有人認(rèn)為是200億光年)。在這個(gè)尺度以外的星系發(fā)出的光子由于在沒(méi)有到達(dá)地球時(shí)速度已經(jīng)降低到零，所以這樣的星系不可能被我們觀測(cè)到，至少目前還沒(méi)有辦法觀測(cè)到。也有人認(rèn)為，紅移現(xiàn)象是由光子頻率減小引起的，即認(rèn)同第一種可能：認(rèn)為星系正離我們遠(yuǎn)去。這種觀點(diǎn)聽(tīng)起來(lái)很有道理，卻經(jīng)不起分析。我們知道，星系離我們遠(yuǎn)去時(shí)會(huì)引起光子頻率減小，但各種不同頻率光子的頻率減小量應(yīng)該相同，反應(yīng)在星系光譜上，各種不同頻率光子的紅移量應(yīng)該相同。因此，不論星系離我們多遠(yuǎn)，星系光譜雖然發(fā)生紅移但不應(yīng)該變寬，但事實(shí)上遠(yuǎn)處星系光譜卻被拉寬了（星系光譜不會(huì)變寬是指星系光譜中任意兩條譜線的距離恒定，雖然它們都發(fā)生了紅移，但它們移動(dòng)的距離相等，因此各譜線之間的距離不變）。而且能量越小的光子紅移值越大，能量越大的光子紅移值越小。不同頻率光子的頻率減小量不同，說(shuō)明紅移現(xiàn)象不是由光子頻率減小引起的。即第一種可能站不住腳。假設(shè)宇宙中所有的星系都是靜止的，宇宙空間中的物質(zhì)是均勻分布的，那么光子穿越宇宙空間時(shí)的速度衰減量?jī)H與其通過(guò)的空間距離有關(guān)。光子穿越的宇宙空間越長(zhǎng)，其速度衰減量也越大。這樣星系光譜的紅移值僅與其離我們的距離有關(guān)，離我們?cè)竭h(yuǎn)的星系紅移值也越大，就好象越遠(yuǎn)的星系正在以越快的速度離開(kāi)我們一樣。這也正是哈勃定律所揭示的：星系遠(yuǎn)離銀河系的速度ν與距離成正比，ν=H*D，其中H為哈勃常數(shù)。實(shí)際上宇宙中各星系都在不斷運(yùn)動(dòng)著，宇宙空間中的物質(zhì)也并非均勻分布的，造成星系光譜紅移的原因也很多，所以光譜的實(shí)際紅移值要考慮許多情況。

一、駁宇宙大爆炸假說(shuō)

當(dāng)人們用望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)銀河系以外的星系時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)星系光譜都存在紅移或藍(lán)移現(xiàn)象，并且越遠(yuǎn)的星系其光譜紅移值越大。根據(jù)多普勒效應(yīng)：星系光譜存在紅移說(shuō)明星系正離我們遠(yuǎn)去，星系光譜存在藍(lán)移說(shuō)明星系正向著我們運(yùn)動(dòng)。需要指出的是越遠(yuǎn)的星系紅移值也越大，看起來(lái)所有的星系都好象以銀河系為中心向外爆炸形成的一樣，越遠(yuǎn)的星系離開(kāi)我們的速度也越大。鑒于此有人提出宇宙大爆炸假說(shuō)：認(rèn)為宇宙是由150億年前發(fā)生的一次大爆炸形成的，人類居住的銀河系則是宇宙的中心?？墒侨藗?cè)谟^測(cè)銀河系和河外星系時(shí)，卻并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)銀河系有什么特別之處。有人據(jù)此懷疑宇宙大爆炸假說(shuō)；也有人從星系的演化推算出宇宙的年齡大于150億年；還有人認(rèn)為若宇宙大爆炸假說(shuō)是正確的，那么宇宙輻射在各個(gè)方向上就會(huì)表現(xiàn)出各向異性；更有人擔(dān)心宇宙的膨脹沒(méi)有盡頭，遂認(rèn)為宇宙的膨脹和收縮是交替進(jìn)行的……。但不管怎樣，大部分人還是相信“眼見(jiàn)為實(shí)”，由星系光譜的紅移現(xiàn)象承認(rèn)了宇宙大爆炸假說(shuō)。更有人把紅移現(xiàn)象與宇宙背景輻射和宇宙元素豐度并作宇宙大爆炸假說(shuō)的三大支柱。那么宇宙是否發(fā)生過(guò)爆炸并仍在向外擴(kuò)張，年齡是否只有150億年呢？非也！

1．星系光譜紅移原因

20世紀(jì)初，當(dāng)人們用望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)銀河系以外的星系時(shí)，發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)星系光譜都有紅移現(xiàn)象，并且越遠(yuǎn)的星系其光譜紅移值越大。有人認(rèn)為星系光譜紅移是因?yàn)樾窍嫡陔x我們遠(yuǎn)去，從而得出這樣的結(jié)論：所有的星系都是以我們銀河系為中心向外爆炸后形成的，越遠(yuǎn)的星系離開(kāi)我們的速度也越大；宇宙中所有的星系都在彼此分離，并且越遠(yuǎn)的星系相互分離的速度越大。值得一提的是，我們銀河系正處在爆炸中心，足以值得我們自豪的是：銀河系是宇宙中獨(dú)一無(wú)二的星系—因?yàn)樗怯钪娴闹行?。更讓我們驚奇的是，銀河系自身也在不斷運(yùn)動(dòng)著，然而無(wú)論它運(yùn)動(dòng)到哪里，它始終是銀河系的中心。我們解釋不了銀河系為什么是宇宙的中心，因?yàn)殂y河系也和其它星系一樣，并沒(méi)有什么特別之處。有人以為，銀河系處于宇宙的中心是一個(gè)巧合，雖然銀河系從上個(gè)世紀(jì)至今一直在不斷運(yùn)動(dòng)，但它走過(guò)的距離和整個(gè)宇宙空間的尺寸比起來(lái)是微不足道的，所以銀河系目前仍然處在宇宙的中心，這種看法未免有些牽強(qiáng)。因?yàn)槿藗冊(cè)谟^測(cè)近處的星系時(shí)，發(fā)現(xiàn)近處的星系并沒(méi)有相互分離的趨勢(shì)，并且也沒(méi)有證據(jù)表明近處的星系正在以某一個(gè)中心為起點(diǎn)向外膨脹。因此“銀河中心說(shuō)”頗值得懷疑。還有的人雖然承認(rèn)宇宙大爆炸假說(shuō)，但不承認(rèn)“銀河中心說(shuō)”，他們不認(rèn)為銀河系是宇宙的中心。這種觀點(diǎn)同樣也是站不住腳的。我們可以這樣分析：如果宇宙大爆炸假說(shuō)是正確的，那么宇宙中所有的星系必定在以某一個(gè)中心為起點(diǎn)向外膨脹，星系之間彼此互相分離。目前我們觀測(cè)到近處的星系并沒(méi)有相互分離的趨勢(shì)，并且也沒(méi)有證據(jù)表明近處的星系在以某一個(gè)中心為起點(diǎn)向外膨脹。倘若我們不是在宇宙的中心而是處于偏離宇宙中心的任一點(diǎn)處，因?yàn)樵谖覀冎車男窍刀紱](méi)有相互分離的趨勢(shì)，也沒(méi)有以某一個(gè)中心為起點(diǎn)向外膨脹，這樣一來(lái)，倘若宇宙中任一點(diǎn)處的星系都沒(méi)有相互分離的趨勢(shì)，那么整個(gè)宇宙也不可能在膨脹，即宇宙大爆炸假說(shuō)是錯(cuò)誤的。

前事不忘，后事之師。人類文明發(fā)展到今天，“地心說(shuō)”和“日心說(shuō)”都被證明是為科學(xué)，難道我們還要重蹈覆轍提出“銀河中心說(shuō)”嗎？愚以為，我們應(yīng)當(dāng)承認(rèn)這樣一個(gè)假設(shè)，那就是：銀河系按目前的速度運(yùn)動(dòng)下去，100萬(wàn)年，100億年以后，我們?nèi)匀粫?huì)發(fā)現(xiàn)自己處在宇宙的“中心”，無(wú)論我們處在宇宙的任何地方，中心也好，邊緣也好，我們都會(huì)發(fā)現(xiàn)宇宙中越遠(yuǎn)的星系光譜紅移值也越大，就好象我們處在宇宙的“中心”一樣。事實(shí)上，這個(gè)“中心”是光子在宇宙空間中的傳播特性引起我們視覺(jué)上的錯(cuò)誤，“眼見(jiàn)”未必“為實(shí)”，我們不能過(guò)分相信“眼見(jiàn)”的東西。

紅移現(xiàn)象是否由觀測(cè)者自身的運(yùn)動(dòng)引起的呢？不是的！如果紅移現(xiàn)象是由觀測(cè)者自身的運(yùn)動(dòng)引起的，那么我們將觀測(cè)到與我們相向運(yùn)動(dòng)的星系光譜將發(fā)生藍(lán)移而與我們相背運(yùn)動(dòng)的星系光譜將發(fā)生紅移，然而事實(shí)并非如此。再者，雖然我們“坐地日行八萬(wàn)里”，但這個(gè)速度和光速比起來(lái)實(shí)在算不了什么，不至于影響觀測(cè)結(jié)果。換句話說(shuō)，我們?cè)谟^測(cè)星系紅移值時(shí)，觀測(cè)者自身運(yùn)動(dòng)速度的影響可以忽略不計(jì)。紅移現(xiàn)象說(shuō)明光子與觀察者之間的相對(duì)速度變小了。產(chǎn)生這種情況有兩種可能：第一是星系正離我們遠(yuǎn)去，第二是光子在穿越宇宙空間時(shí)速度變小了。這兩種情況都可能導(dǎo)致星系光譜紅移。我們認(rèn)為導(dǎo)致星系光譜紅移的原因是后者。光子在穿越宇宙空間時(shí)會(huì)與各種粒子(比如引力子)相互作用從而使其速度逐漸減小。當(dāng)然單個(gè)粒子與光子作用時(shí)間極短，引起光子速度的改變量也是極其微小的，以致于我們觀測(cè)不到。隨著光子穿越宇宙空間距離的增大，與光子作用的粒子數(shù)目也逐漸增多，光子速度的減小量也越明顯。可以推測(cè)：光子在穿越一定的宇宙空間距離后速度將減小到零。由于光子速度為零故相對(duì)我們的能量也為零，這樣的光子當(dāng)然不會(huì)被我們觀測(cè)到。可見(jiàn)用光學(xué)法觀測(cè)宇宙空間尺度時(shí)有一個(gè)極限：150億光年(也有人認(rèn)為是200億光年)。在這個(gè)尺度以外的星系發(fā)出的光子由于在沒(méi)有到達(dá)地球時(shí)速度已經(jīng)降低到零，所以這樣的星系不可能被我們觀測(cè)到，至少目前還沒(méi)有辦法觀測(cè)到。也有人認(rèn)為，紅移現(xiàn)象是由光子頻率減小引起的，即認(rèn)同第一種可能：認(rèn)為星系正離我們遠(yuǎn)去。這種觀點(diǎn)聽(tīng)起來(lái)很有道理，卻經(jīng)不起分析。我們知道，星系離我們遠(yuǎn)去時(shí)會(huì)引起光子頻率減小，但各種不同頻率光子的頻率減小量應(yīng)該相同，反應(yīng)在星系光譜上，各種不同頻率光子的紅移量應(yīng)該相同。因此，不論星系離我們多遠(yuǎn)，星系光譜雖然發(fā)生紅移但不應(yīng)該變寬，但事實(shí)上遠(yuǎn)處星系光譜卻被拉寬了（星系光譜不會(huì)變寬是指星系光譜中任意兩條譜線的距離恒定，雖然它們都發(fā)生了紅移，但它們移動(dòng)的距離相等，因此各譜線之間的距離不變）。而且能量越小的光子紅移值越大，能量越大的光子紅移值越小。不同頻率光子的頻率減小量不同，說(shuō)明紅移現(xiàn)象不是由光子頻率減小引起的。即第一種可能站不住腳。假設(shè)宇宙中所有的星系都是靜止的，宇宙空間中的物質(zhì)是均勻分布的，那么光子穿越宇宙空間時(shí)的速度衰減量?jī)H與其通過(guò)的空間距離有關(guān)。光子穿越的宇宙空間越長(zhǎng)，其速度衰減量也越大。這樣星系光譜的紅移值僅與其離我們的距離有關(guān)，離我們?cè)竭h(yuǎn)的星系紅移值也越大，就好象越遠(yuǎn)的星系正在以越快的速度離開(kāi)我們一樣。這也正是哈勃定律所揭示的：星系遠(yuǎn)離銀河系的速度ν與距離成正比，ν=H*D，其中H為哈勃常數(shù)。實(shí)際上宇宙中各星系都在不斷運(yùn)動(dòng)著，宇宙空間中的物質(zhì)也并非均勻分布的，造成星系光譜紅移的原因也很多，所以光譜的實(shí)際紅移值要考慮許多情況。

一、駁宇宙大爆炸假說(shuō)

當(dāng)人們用望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)銀河系以外的星系時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)星系光譜都存在紅移或藍(lán)移現(xiàn)象，并且越遠(yuǎn)的星系其光譜紅移值越大。根據(jù)多普勒效應(yīng)：星系光譜存在紅移說(shuō)明星系正離我們遠(yuǎn)去，星系光譜存在藍(lán)移說(shuō)明星系正向著我們運(yùn)動(dòng)。需要指出的是越遠(yuǎn)的星系紅移值也越大，看起來(lái)所有的星系都好象以銀河系為中心向外爆炸形成的一樣，越遠(yuǎn)的星系離開(kāi)我們的速度也越大。鑒于此有人提出宇宙大爆炸假說(shuō)：認(rèn)為宇宙是由150億年前發(fā)生的一次大爆炸形成的，人類居住的銀河系則是宇宙的中心?？墒侨藗?cè)谟^測(cè)銀河系和河外星系時(shí)，卻并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)銀河系有什么特別之處。有人據(jù)此懷疑宇宙大爆炸假說(shuō)；也有人從星系的演化推算出宇宙的年齡大于150億年；還有人認(rèn)為若宇宙大爆炸假說(shuō)是正確的，那么宇宙輻射在各個(gè)方向上就會(huì)表現(xiàn)出各向異性；更有人擔(dān)心宇宙的膨脹沒(méi)有盡頭，遂認(rèn)為宇宙的膨脹和收縮是交替進(jìn)行的……。但不管怎樣，大部分人還是相信“眼見(jiàn)為實(shí)”，由星系光譜的紅移現(xiàn)象承認(rèn)了宇宙大爆炸假說(shuō)。更有人把紅移現(xiàn)象與宇宙背景輻射和宇宙元素豐度并作宇宙大爆炸假說(shuō)的三大支柱。那么宇宙是否發(fā)生過(guò)爆炸并仍在向外擴(kuò)張，年齡是否只有150億年呢？非也！

1．星系光譜紅移原因

20世紀(jì)初，當(dāng)人們用望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)銀河系以外的星系時(shí)，發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)星系光譜都有紅移現(xiàn)象，并且越遠(yuǎn)的星系其光譜紅移值越大。有人認(rèn)為星系光譜紅移是因?yàn)樾窍嫡陔x我們遠(yuǎn)去，從而得出這樣的結(jié)論：所有的星系都是以我們銀河系為中心向外爆炸后形成的，越遠(yuǎn)的星系離開(kāi)我們的速度也越大；宇宙中所有的星系都在彼此分離，并且越遠(yuǎn)的星系相互分離的速度越大。值得一提的是，我們銀河系正處在爆炸中心，足以值得我們自豪的是：銀河系是宇宙中獨(dú)一無(wú)二的星系—因?yàn)樗怯钪娴闹行?。更讓我們驚奇的是，銀河系自身也在不斷運(yùn)動(dòng)著，然而無(wú)論它運(yùn)動(dòng)到哪里，它始終是銀河系的中心。我們解釋不了銀河系為什么是宇宙的中心，因?yàn)殂y河系也和其它星系一樣，并沒(méi)有什么特別之處。有人以為，銀河系處于宇宙的中心是一個(gè)巧合，雖然銀河系從上個(gè)世紀(jì)至今一直在不斷運(yùn)動(dòng)，但它走過(guò)的距離和整個(gè)宇宙空間的尺寸比起來(lái)是微不足道的，所以銀河系目前仍然處在宇宙的中心，這種看法未免有些牽強(qiáng)。因?yàn)槿藗冊(cè)谟^測(cè)近處的星系時(shí)，發(fā)現(xiàn)近處的星系并沒(méi)有相互分離的趨勢(shì)，并且也沒(méi)有證據(jù)表明近處的星系正在以某一個(gè)中心為起點(diǎn)向外膨脹。因此“銀河中心說(shuō)”頗值得懷疑。還有的人雖然承認(rèn)宇宙大爆炸假說(shuō)，但不承認(rèn)“銀河中心說(shuō)”，他們不認(rèn)為銀河系是宇宙的中心。這種觀點(diǎn)同樣也是站不住腳的。我們可以這樣分析：如果宇宙大爆炸假說(shuō)是正確的，那么宇宙中所有的星系必定在以某一個(gè)中心為起點(diǎn)向外膨脹，星系之間彼此互相分離。目前我們觀測(cè)到近處的星系并沒(méi)有相互分離的趨勢(shì)，并且也沒(méi)有證據(jù)表明近處的星系在以某一個(gè)中心為起點(diǎn)向外膨脹。倘若我們不是在宇宙的中心而是處于偏離宇宙中心的任一點(diǎn)處，因?yàn)樵谖覀冎車男窍刀紱](méi)有相互分離的趨勢(shì)，也沒(méi)有以某一個(gè)中心為起點(diǎn)向外膨脹，這樣一來(lái)，倘若宇宙中任一點(diǎn)處的星系都沒(méi)有相互分離的趨勢(shì)，那么整個(gè)宇宙也不可能在膨脹，即宇宙大爆炸假說(shuō)是錯(cuò)誤的。

前事不忘，后事之師。人類文明發(fā)展到今天，“地心說(shuō)”和“日心說(shuō)”都被證明是為科學(xué)，難道我們還要重蹈覆轍提出“銀河中心說(shuō)”嗎？愚以為，我們應(yīng)當(dāng)承認(rèn)這樣一個(gè)假設(shè)，那就是：銀河系按目前的速度運(yùn)動(dòng)下去，100萬(wàn)年，100億年以后，我們?nèi)匀粫?huì)發(fā)現(xiàn)自己處在宇宙的“中心”，無(wú)論我們處在宇宙的任何地方，中心也好，邊緣也好，我們都會(huì)發(fā)現(xiàn)宇宙中越遠(yuǎn)的星系光譜紅移值也越大，就好象我們處在宇宙的“中心”一樣。事實(shí)上，這個(gè)“中心”是光子在宇宙空間中的傳播特性引起我們視覺(jué)上的錯(cuò)誤，“眼見(jiàn)”未必“為實(shí)”，我們不能過(guò)分相信“眼見(jiàn)”的東西。

紅移現(xiàn)象是否由觀測(cè)者自身的運(yùn)動(dòng)引起的呢？不是的！如果紅移現(xiàn)象是由觀測(cè)者自身的運(yùn)動(dòng)引起的，那么我們將觀測(cè)到與我們相向運(yùn)動(dòng)的星系光譜將發(fā)生藍(lán)移而與我們相背運(yùn)動(dòng)的星系光譜將發(fā)生紅移，然而事實(shí)并非如此。再者，雖然我們“坐地日行八萬(wàn)里”，但這個(gè)速度和光速比起來(lái)實(shí)在算不了什么，不至于影響觀測(cè)結(jié)果。換句話說(shuō)，我們?cè)谟^測(cè)星系紅移值時(shí)，觀測(cè)者自身運(yùn)動(dòng)速度的影響可以忽略不計(jì)。紅移現(xiàn)象說(shuō)明光子與觀察者之間的相對(duì)速度變小了。產(chǎn)生這種情況有兩種可能：第一是星系正離我們遠(yuǎn)去，第二是光子在穿越宇宙空間時(shí)速度變小了。這兩種情況都可能導(dǎo)致星系光譜紅移。我們認(rèn)為導(dǎo)致星系光譜紅移的原因是后者。光子在穿越宇宙空間時(shí)會(huì)與各種粒子(比如引力子)相互作用從而使其速度逐漸減小。當(dāng)然單個(gè)粒子與光子作用時(shí)間極短，引起光子速度的改變量也是極其微小的，以致于我們觀測(cè)不到。隨著光子穿越宇宙空間距離的增大，與光子作用的粒子數(shù)目也逐漸增多，光子速度的減小量也越明顯?？梢酝茰y(cè)：光子在穿越一定的宇宙空間距離后速度將減小到零。由于光子速度為零故相對(duì)我們的能量也為零，這樣的光子當(dāng)然不會(huì)被我們觀測(cè)到?？梢?jiàn)用光學(xué)法觀測(cè)宇宙空間尺度時(shí)有一個(gè)極限：150億光年(也有人認(rèn)為是200億光年)。在這個(gè)尺度以外的星系發(fā)出的光子由于在沒(méi)有到達(dá)地球時(shí)速度已經(jīng)降低到零，所以這樣的星系不可能被我們觀測(cè)到，至少目前還沒(méi)有辦法觀測(cè)到。也有人認(rèn)為，紅移現(xiàn)象是由光子頻率減小引起的，即認(rèn)同第一種可能：認(rèn)為星系正離我們遠(yuǎn)去。這種觀點(diǎn)聽(tīng)起來(lái)很有道理，卻經(jīng)不起分析。我們知道，星系離我們遠(yuǎn)去時(shí)會(huì)引起光子頻率減小，但各種不同頻率光子的頻率減小量應(yīng)該相同，反應(yīng)在星系光譜上，各種不同頻率光子的紅移量應(yīng)該相同。因此，不論星系離我們多遠(yuǎn)，星系光譜雖然發(fā)生紅移但不應(yīng)該變寬，但事實(shí)上遠(yuǎn)處星系光譜卻被拉寬了（星系光譜不會(huì)變寬是指星系光譜中任意兩條譜線的距離恒定，雖然它們都發(fā)生了紅移，但它們移動(dòng)的距離相等，因此各譜線之間的距離不變）。而且能量越小的光子紅移值越大，能量越大的光子紅移值越小。不同頻率光子的頻率減小量不同，說(shuō)明紅移現(xiàn)象不是由光子頻率減小引起的。即第一種可能站不住腳。假設(shè)宇宙中所有的星系都是靜止的，宇宙空間中的物質(zhì)是均勻分布的，那么光子穿越宇宙空間時(shí)的速度衰減量?jī)H與其通過(guò)的空間距離有關(guān)。光子穿越的宇宙空間越長(zhǎng)，其速度衰減量也越大。這樣星系光譜的紅移值僅與其離我們的距離有關(guān)，離我們?cè)竭h(yuǎn)的星系紅移值也越大，就好象越遠(yuǎn)的星系正在以越快的速度離開(kāi)我們一樣。這也正是哈勃定律所揭示的：星系遠(yuǎn)離銀河系的速度ν與距離成正比，ν=H*D，其中H為哈勃常數(shù)。實(shí)際上宇宙中各星系都在不斷運(yùn)動(dòng)著，宇宙空間中的物質(zhì)也并非均勻分布的，造成星系光譜紅移的原因也很多，所以光譜的實(shí)際紅移值要考慮許多情況。

一、駁宇宙大爆炸假說(shuō)

當(dāng)人們用望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)銀河系以外的星系時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)星系光譜都存在紅移或藍(lán)移現(xiàn)象，并且越遠(yuǎn)的星系其光譜紅移值越大。根據(jù)多普勒效應(yīng)：星系光譜存在紅移說(shuō)明星系正離我們遠(yuǎn)去，星系光譜存在藍(lán)移說(shuō)明星系正向著我們運(yùn)動(dòng)。需要指出的是越遠(yuǎn)的星系紅移值也越大，看起來(lái)所有的星系都好象以銀河系為中心向外爆炸形成的一樣，越遠(yuǎn)的星系離開(kāi)我們的速度也越大。鑒于此有人提出宇宙大爆炸假說(shuō)：認(rèn)為宇宙是由150億年前發(fā)生的一次大爆炸形成的，人類居住的銀河系則是宇宙的中心?？墒侨藗?cè)谟^測(cè)銀河系和河外星系時(shí)，卻并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)銀河系有什么特別之處。有人據(jù)此懷疑宇宙大爆炸假說(shuō)；也有人從星系的演化推算出宇宙的年齡大于150億年；還有人認(rèn)為若宇宙大爆炸假說(shuō)是正確的，那么宇宙輻射在各個(gè)方向上就會(huì)表現(xiàn)出各向異性；更有人擔(dān)心宇宙的膨脹沒(méi)有盡頭，遂認(rèn)為宇宙的膨脹和收縮是交替進(jìn)行的……。但不管怎樣，大部分人還是相信“眼見(jiàn)為實(shí)”，由星系光譜的紅移現(xiàn)象承認(rèn)了宇宙大爆炸假說(shuō)。更有人把紅移現(xiàn)象與宇宙背景輻射和宇宙元素豐度并作宇宙大爆炸假說(shuō)的三大支柱。那么宇宙是否發(fā)生過(guò)爆炸并仍在向外擴(kuò)張，年齡是否只有150億年呢？非也！

1．星系光譜紅移原因

20世紀(jì)初，當(dāng)人們用望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)銀河系以外的星系時(shí)，發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)星系光譜都有紅移現(xiàn)象，并且越遠(yuǎn)的星系其光譜紅移值越大。有人認(rèn)為星系光譜紅移是因?yàn)樾窍嫡陔x我們遠(yuǎn)去，從而得出這樣的結(jié)論：所有的星系都是以我們銀河系為中心向外爆炸后形成的，越遠(yuǎn)的星系離開(kāi)我們的速度也越大；宇宙中所有的星系都在彼此分離，并且越遠(yuǎn)的星系相互分離的速度越大。值得一提的是，我們銀河系正處在爆炸中心，足以值得我們自豪的是：銀河系是宇宙中獨(dú)一無(wú)二的星系—因?yàn)樗怯钪娴闹行?。更讓我們驚奇的是，銀河系自身也在不斷運(yùn)動(dòng)著，然而無(wú)論它運(yùn)動(dòng)到哪里，它始終是銀河系的中心。我們解釋不了銀河系為什么是宇宙的中心，因?yàn)殂y河系也和其它星系一樣，并沒(méi)有什么特別之處。有人以為，銀河系處于宇宙的中心是一個(gè)巧合，雖然銀河系從上個(gè)世紀(jì)至今一直在不斷運(yùn)動(dòng)，但它走過(guò)的距離和整個(gè)宇宙空間的尺寸比起來(lái)是微不足道的，所以銀河系目前仍然處在宇宙的中心，這種看法未免有些牽強(qiáng)。因?yàn)槿藗冊(cè)谟^測(cè)近處的星系時(shí)，發(fā)現(xiàn)近處的星系并沒(méi)有相互分離的趨勢(shì)，并且也沒(méi)有證據(jù)表明近處的星系正在以某一個(gè)中心為起點(diǎn)向外膨脹。因此“銀河中心說(shuō)”頗值得懷疑。還有的人雖然承認(rèn)宇宙大爆炸假說(shuō)，但不承認(rèn)“銀河中心說(shuō)”，他們不認(rèn)為銀河系是宇宙的中心。這種觀點(diǎn)同樣也是站不住腳的。我們可以這樣分析：如果宇宙大爆炸假說(shuō)是正確的，那么宇宙中所有的星系必定在以某一個(gè)中心為起點(diǎn)向外膨脹，星系之間彼此互相分離。目前我們觀測(cè)到近處的星系并沒(méi)有相互分離的趨勢(shì)，并且也沒(méi)有證據(jù)表明近處的星系在以某一個(gè)中心為起點(diǎn)向外膨脹。倘若我們不是在宇宙的中心而是處于偏離宇宙中心的任一點(diǎn)處，因?yàn)樵谖覀冎車男窍刀紱](méi)有相互分離的趨勢(shì)，也沒(méi)有以某一個(gè)中心為起點(diǎn)向外膨脹，這樣一來(lái)，倘若宇宙中任一點(diǎn)處的星系都沒(méi)有相互分離的趨勢(shì)，那么整個(gè)宇宙也不可能在膨脹，即宇宙大爆炸假說(shuō)是錯(cuò)誤的。

前事不忘，后事之師。人類文明發(fā)展到今天，“地心說(shuō)”和“日心說(shuō)”都被證明是為科學(xué)，難道我們還要重蹈覆轍提出“銀河中心說(shuō)”嗎？愚以為，我們應(yīng)當(dāng)承認(rèn)這樣一個(gè)假設(shè)，那就是：銀河系按目前的速度運(yùn)動(dòng)下去，100萬(wàn)年，100億年以后，我們?nèi)匀粫?huì)發(fā)現(xiàn)自己處在宇宙的“中心”，無(wú)論我們處在宇宙的任何地方，中心也好，邊緣也好，我們都會(huì)發(fā)現(xiàn)宇宙中越遠(yuǎn)的星系光譜紅移值也越大，就好象我們處在宇宙的“中心”一樣。事實(shí)上，這個(gè)“中心”是光子在宇宙空間中的傳播特性引起我們視覺(jué)上的錯(cuò)誤，“眼見(jiàn)”未必“為實(shí)”，我們不能過(guò)分相信“眼見(jiàn)”的東西。

紅移現(xiàn)象是否由觀測(cè)者自身的運(yùn)動(dòng)引起的呢？不是的！如果紅移現(xiàn)象是由觀測(cè)者自身的運(yùn)動(dòng)引起的，那么我們將觀測(cè)到與我們相向運(yùn)動(dòng)的星系光譜將發(fā)生藍(lán)移而與我們相背運(yùn)動(dòng)的星系光譜將發(fā)生紅移，然而事實(shí)并非如此。再者，雖然我們“坐地日行八萬(wàn)里”，但這個(gè)速度和光速比起來(lái)實(shí)在算不了什么，不至于影響觀測(cè)結(jié)果。換句話說(shuō)，我們?cè)谟^測(cè)星系紅移值時(shí)，觀測(cè)者自身運(yùn)動(dòng)速度的影響可以忽略不計(jì)。紅移現(xiàn)象說(shuō)明光子與觀察者之間的相對(duì)速度變小了。產(chǎn)生這種情況有兩種可能：第一是星系正離我們遠(yuǎn)去，第二是光子在穿越宇宙空間時(shí)速度變小了。這兩種情況都可能導(dǎo)致星系光譜紅移。我們認(rèn)為導(dǎo)致星系光譜紅移的原因是后者。光子在穿越宇宙空間時(shí)會(huì)與各種粒子(比如引力子)相互作用從而使其速度逐漸減小。當(dāng)然單個(gè)粒子與光子作用時(shí)間極短，引起光子速度的改變量也是極其微小的，以致于我們觀測(cè)不到。隨著光子穿越宇宙空間距離的增大，與光子作用的粒子數(shù)目也逐漸增多，光子速度的減小量也越明顯。可以推測(cè)：光子在穿越一定的宇宙空間距離后速度將減小到零。由于光子速度為零故相對(duì)我們的能量也為零，這樣的光子當(dāng)然不會(huì)被我們觀測(cè)到?？梢?jiàn)用光學(xué)法觀測(cè)宇宙空間尺度時(shí)有一個(gè)極限：150億光年(也有人認(rèn)為是200億光年)。在這個(gè)尺度以外的星系發(fā)出的光子由于在沒(méi)有到達(dá)地球時(shí)速度已經(jīng)降低到零，所以這樣的星系不可能被我們觀測(cè)到，至少目前還沒(méi)有辦法觀測(cè)到。也有人認(rèn)為，紅移現(xiàn)象是由光子頻率減小引起的，即認(rèn)同第一種可能：認(rèn)為星系正離我們遠(yuǎn)去。這種觀點(diǎn)聽(tīng)起來(lái)很有道理，卻經(jīng)不起分析。我們知道，星系離我們遠(yuǎn)去時(shí)會(huì)引起光子頻率減小，但各種不同頻率光子的頻率減小量應(yīng)該相同，反應(yīng)在星系光譜上，各種不同頻率光子的紅移量應(yīng)該相同。因此，不論星系離我們多遠(yuǎn)，星系光譜雖然發(fā)生紅移但不應(yīng)該變寬，但事實(shí)上遠(yuǎn)處星系光譜卻被拉寬了（星系光譜不會(huì)變寬是指星系光譜中任意兩條譜線的距離恒定，雖然它們都發(fā)生了紅移，但它們移動(dòng)的距離相等，因此各譜線之間的距離不變）。而且能量越小的光子紅移值越大，能量越大的光子紅移值越小。不同頻率光子的頻率減小量不同，說(shuō)明紅移現(xiàn)象不是由光子頻率減小引起的。即第一種可能站不住腳。假設(shè)宇宙中所有的星系都是靜止的，宇宙空間中的物質(zhì)是均勻分布的，那么光子穿越宇宙空間時(shí)的速度衰減量?jī)H與其通過(guò)的空間距離有關(guān)。光子穿越的宇宙空間越長(zhǎng)，其速度衰減量也越大。這樣星系光譜的紅移值僅與其離我們的距離有關(guān)，離我們?cè)竭h(yuǎn)的星系紅移值也越大，就好象越遠(yuǎn)的星系正在以越快的速度離?頤且謊U庖艙槍傷沂鏡模盒竅翟獨(dú)胍酉檔乃俁圈陀刖嗬氤燒齲?H*D，其中H為哈勃常數(shù)。實(shí)際上宇宙中各星系都在不斷運(yùn)動(dòng)著，宇宙空間中的物質(zhì)也并非均勻分布的，造成星系光譜紅移的原因也很多，所以光譜的實(shí)際紅移值要考慮許多情況。

文章摘要：對(duì)于光的本性的認(rèn)識(shí)，幾個(gè)世紀(jì)以來(lái)始終存在著激烈的爭(zhēng)論，光的波粒二象性是兩種學(xué)說(shuō)相互妥協(xié)的結(jié)果。在解釋一些現(xiàn)象如干涉和衍射時(shí)，人們就用波動(dòng)說(shuō)去解釋，而對(duì)另一些現(xiàn)象如光電效應(yīng)就用微粒說(shuō)去說(shuō)明。這種既是微粒又是波的存在在觀念上確實(shí)叫人們不容易接受，其原因是到現(xiàn)在為止還沒(méi)有一種理論能很好地把波動(dòng)和微粒統(tǒng)一在一個(gè)模式下。本文正是從這樣一種出發(fā)點(diǎn)來(lái)探討光的本性。

假設(shè)有一個(gè)光源S1，在S1前放置一塊屏幕，從S1發(fā)出的光（光子）會(huì)將整個(gè)屏幕均勻的照亮。我們知道，屏幕的亮度是與落在屏幕上面的光子數(shù)的多少有關(guān)的。嚴(yán)格地說(shuō)，屏幕的亮度是以垂直于屏幕的光線與屏幕的交點(diǎn)為中心向四周逐漸變暗的。但這種變化決不是幾率問(wèn)題。證明如下：把S1放在一個(gè)半徑為R1的球的中心，假設(shè)S1在單位時(shí)間里發(fā)射出N個(gè)光子，則單位球面積上所接受的光子數(shù)等于光子數(shù)N除以球的總面積4πR12，如果把球的半徑由R1變?yōu)镽2（R2＞R1），則在單位球面積上所接受的光子數(shù)就變?yōu)镹除以4πR22，由于R2大于R1，所以半徑為R1的球在單位球面積上接受的光子數(shù)大于R2球單位面積上的光子數(shù)。這就是為什么屏幕上的亮度是由明到暗逐漸變化的原因。當(dāng)屏幕距光源的距離很大且屏幕的面積又很小時(shí)，就可以近似的認(rèn)為屏幕上的光子是均勻分布的。

現(xiàn)在把另一個(gè)相干光源S2放在靠近S1的地方，情況有了變化。在垂直兩個(gè)光源的平面上出現(xiàn)了明暗相間的圓環(huán)，而在平行兩個(gè)光源的平面上，則出現(xiàn)了明暗相間的條紋見(jiàn)圖一，這就是人們所說(shuō)的光的干涉條紋。因?yàn)楦缮娆F(xiàn)象是波動(dòng)的最主要特征，所以這也就成了光具有波動(dòng)性的最有力證據(jù)之一。我們知道機(jī)械波是振動(dòng)在媒質(zhì)中的傳播，當(dāng)有兩列相干波源存在時(shí)，媒質(zhì)中任意一點(diǎn)的振動(dòng)是兩列波各自到達(dá)這一點(diǎn)時(shí)波的疊加。當(dāng)?shù)竭_(dá)這一點(diǎn)的兩列波的相位相同時(shí)，則在這一點(diǎn)上的振幅最大，如果兩列波的相位相差1800時(shí)，則振動(dòng)的振幅相互抵消，這樣就形成了有規(guī)則的干涉條紋。經(jīng)典光學(xué)正是套用機(jī)械波的方法證明光的干涉條紋的，而傳播光的媒質(zhì)以太已被證明是根本不存在的，這樣用機(jī)械波的方法證明光的干涉條紋也就顯得比較牽強(qiáng)。量子力學(xué)在解釋干涉條紋時(shí)則采用的是幾率波的方法，認(rèn)為亮的地方是光子出現(xiàn)幾率多的地方，暗的地方則是光子出現(xiàn)幾率少的地方。問(wèn)題是當(dāng)只有一個(gè)光源時(shí)，光子是均勻分布在屏幕上的，而當(dāng)存在另一個(gè)相干光源時(shí)，按照量子理論光子就會(huì)集中出現(xiàn)在一些地方而不去另一些地方，幾率的解釋是不能使人心悅誠(chéng)服地接受的。愛(ài)因斯坦曾用上帝不擲骰子來(lái)表達(dá)他對(duì)用幾率描述單個(gè)粒子行為的厭惡。這就是目前對(duì)于光的干涉現(xiàn)象的兩種正統(tǒng)解釋方法。我們對(duì)于光本性的認(rèn)識(shí)是否還存在其它我們沒(méi)有考慮到的因素，是否還存在其它的證明方法來(lái)統(tǒng)一光的波粒二象性即用一種理論解釋來(lái)解釋波動(dòng)性和粒子性呢？

為了找到這種新的理論，在此我們不得不在現(xiàn)有光量子理論基礎(chǔ)上進(jìn)行一些必要的修正即單個(gè)光量子的能量是變化的，光子的能量和質(zhì)量是相互轉(zhuǎn)化的，轉(zhuǎn)化的頻率就是光的頻率。頻率快光子的能量大質(zhì)量小，相反，頻率慢則光子的能量小質(zhì)量大，這樣光子在空間所走的路程就形成了一條類波的軌跡。在論證光的干涉現(xiàn)象之前，我們先對(duì)光源進(jìn)行定義。單頻率點(diǎn)光源---頻率單一且所有光子在離開(kāi)光源時(shí)的狀態(tài)（相位）都相同。單頻率點(diǎn)光源具有這樣兩個(gè)特點(diǎn)，其一在距光源某一點(diǎn)的空間位置上，光子的狀態(tài)不隨時(shí)間變化。其二光子的狀態(tài)隨距點(diǎn)光源的距離作周期變化。光的波長(zhǎng)指的是光子在一個(gè)周期的時(shí)間內(nèi)在空間運(yùn)行的距離。

我們?cè)趚軸上設(shè)置兩個(gè)點(diǎn)光源S1和S2，如圖一所示。令P為垂直平面上的一點(diǎn)，從P點(diǎn)到S1和S2的光程差PS1-PS2為波長(zhǎng)的某個(gè)正數(shù)倍ml（m=±1，2，3，…）。從S1和S2出發(fā)的兩列光子，將同相地達(dá)到P點(diǎn)，狀態(tài)相同。再令Q為垂直平面上的另一點(diǎn)，從Q到S1和S2的光程差也為ml。過(guò)P和Q點(diǎn)做一條曲線，使得這曲線上所有過(guò)XO的垂直平面內(nèi)的點(diǎn)的軌跡都具有這樣的性質(zhì)，即這條曲線上任意一點(diǎn)到S1和S2的距離之差為常數(shù)，根據(jù)解析幾何我們知道，這曲線是一條雙曲線。如果我們?cè)O(shè)想這一雙曲線以直線XO為軸旋轉(zhuǎn)，則它將掃出一個(gè)曲面，叫做雙曲面。我們看到，在這曲面上的任意一點(diǎn)，來(lái)自S1和S2的光子始終都是同相位的（相位差保持不變），光子在曲面上的每一點(diǎn)的狀態(tài)是一定的，沿曲面上的點(diǎn)的狀態(tài)是周期變化的。由于光的波長(zhǎng)很短，光子沿曲面的這種周期變化是不容易被觀測(cè)到。

同理，我們令T為垂直平面上的另一點(diǎn)（圖中未畫(huà)出），從T點(diǎn)到S1和S2的光程差TS1-TS2為波長(zhǎng)的l/2×（2m+1）倍（m=±1，2，3，…）。從S1和S2出發(fā)的兩列光子，將以1800的相位差達(dá)到T點(diǎn)。再令V為垂直平面上的另一點(diǎn)（圖中未畫(huà)出），從V到S1和S2的光程差也為道長(zhǎng)l/2×（2m+1）倍。過(guò)T和V做一條曲線使這曲線上任一點(diǎn)到兩定點(diǎn)S1和S2的距離之差為常數(shù)，這曲線也是一條雙曲線，以XO為軸旋轉(zhuǎn)同樣將掃出一雙曲面。所不同的是來(lái)自S1和S2的光子到達(dá)這曲面上的任意一點(diǎn)的相位差始終為1800，疊加后的最終狀態(tài)是一個(gè)恒定的值。