宇宙科普知识宇宙科普知识( 二 ) _宇宙

既然这些红移不能用多普勒效应解释，那么它产生的原因究竟是什么呢。光在发射时固然有许多因素影响它的频率，但宇宙中这么多天体都如此有规律地只随着远离我们的距离而变化，就难以理解了。光在它漫长的传播路径上经历了几亿至上百亿年的岁月，这期间必然比它在发射的一瞬间有更多的因素影响着它的频率。
现在人们了解到，在星系际空间中存在着星系际介质，它的密度在10E-29克／立方厘米以下。成分与银河系的大致相同。除了有能对星光产生可见效应的星系际气体、尘埃和固态物质、低光度星体外，还有大量的基本粒子。
据估计，星系间基本粒子的质量占了整个宇宙总质量的绝大部分，它们是看不见的。
光与介质的相互作用是复杂的，介质不仅能吸收光，还能再发射光；再发射的光，其频率不仅仅只是原有的频率，还有其他的频率，只是在原有频率及其附近强度最大。其实，人们早已熟知光子在传播过程中由于与介质的相互作用会逐渐转变成低频的光子。
但过去人们认为这只会使谱线衰减而不会产生红移。
由惠更斯原理知道，波前上所有粒子产生的子波叠加后能形成具有新频率的平面波。新产生的频率叠加在原有频率上的结果，不像通常认为的那样谱线会被平滑而消失，而是谱线被整体地移动，在远距离传播中，光的频谱的变化就好像在谱卒域中传播的波一样。
这里频率域相当于弦，光谱的强度相当弦的振幅，一条谱线对应于弦上的一个波峰，弦上波峰的传播对应于谱线在频率域中传播。这种新型的波叫频域波。如果新产生的频率电较原来频率低的能量大于较原来频率高的能量，频域波向低频端传播，形成谱线红移；反之，频域波向高频端传播，形成谱线紫移。
由实际经验知道，通常总是低频成分多于高频成分，所以实际上常观测到红移。
星系际空间是充满介质的，星光必须通过介质才能到达地球，所以光谱线必定会红移，而且距离越远红移量越大，这与哈勃公式是一致的。对宇宙红移来说，应先扣除介质产生的红移效应，剩余部分才可能解释成多普勒效应，这是处理观测数据所必需的步骤。
但以前在得出膨胀宇宙模型时，并没有做这件工作，扣除后的结果无非是3种情况：①全部扣完，宇宙是稳定的。②还有剩余，宇宙是膨胀的。不过，这时膨胀速度要比现在认为的速度慢得多，宇宙的年龄也比现在算出的大许多。③是负值，宇宙正在收缩。由于我们目前对宇宙空间的情况了解甚少，虽然对地球上的介质与波的相互作用知道一些，但毕竟对在星系际空间中实际发生的情况知道甚微，也许还有些重要的相互作用没有认识到，介质产生红移扣除的结果很难认为是已经完成。
也许我们应当反过来，即从宇宙红移来反推星系际介质的情况，这是因为，我们所看到的宇宙是有层次的，有行星、恒星、星团、星系，星系团，总星系等，它们的平均密度呈指数下降，这些都说明宇宙是不均匀的。地球绕太阳转动，太阳绕银河系中心转动，银河系绕本星系团的中心转动，星系团又绕以宇宙背景辐射所表征的经过平均后的星系际空间的介质运动，宇宙也不是各向同性的。
这是我们所能看见的最远的宇宙的情况。
大家知道。对于一个引力系统来说，只有具有一定的角动量（旋转）才可能维持比较稳定的结构。因此，我们观察到的宇宙是比较稳定的，可以认为宇宙红移主要是光通过星系际介质时的频域波。正如上面谈到的，宇宙是膨胀的，稳定的还是收缩的，要扣除星系际介质的效应后才能确定。
而扣除介质的效应需要对星系际介质有较详细的了解，这在目前还难以做到。也许应该从我们所观测到的宇宙是较稳定的旋转系统出发，用红移资料来反推介质的情况。人类就是这样在不断探索中来认识宇宙的。

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