一、驗證宇宙并非在膨脹的實驗

1929年哈勃宣布：“宇宙正在膨脹著。星系之間的空間隨時間線性增加，星系本身并沒有改變；而且星系越遠，離去得越快” 〔1-P115〕。而后，由列梅特、伽莫夫等人為大爆炸，基本要點是：在100-200億年之前，宇宙生之于一次大爆炸，物質、能量、時間和空間都由爆炸中創生，爆炸前那種原始的無限稠密被稱為“奇點”，由爆炸引起的膨脹，現在仍在繼續著。從30年代開始，膨脹的宇宙模型已經為大多數宇宙學家所接受，現在被稱為宇宙學標準模型。現代宇宙學被定義為：“以廣義相對論為理論基礎，以哈勃定律為觀測依據，并在宇宙學原理的假設下，整體宇宙的結構、運動和演化的一門學科”(2-P85)。

此前15年，斯利弗在美國天文學協會的一次會議上，公布的觀察結果是：“一些明亮星云(后來被證實是星系)，既有藍移的，也有紅移的”；更遠的弱光星云，“全都展示紅移”(1-P111)。沒有做出任何解釋。哈勃有效地以“宇宙梯”法解決了確定星系距離的之后，通過對自己測定的24個河外星系距離的，發現紅移量大致同星系距離成正比，即(λ1-λ0)/(λ2-λ0)＝D1/D2。當時普遍認為，這個結果“唯一可能的物解釋便是河外星系都在以正比于它們距離的速度退離我們而去”〔3-P140〕，由此得出的H＝V/D，被稱為哈勃定律。其中H為哈勃常數，D為星系距離，V為星系退離速度。D和V“都不是可測量的量”(8-P403)。

哈勃定律作為膨脹宇宙論的基礎原典、現代宇宙學的觀測依據，存在如下紕漏：1、該定律中既沒有可觀測的物理量，何以能成為“觀測依據”?又缺乏作為必要條件的觀測數據，如何判定其正確?

2、設星系在△t內退離距離△D=V△t=HD△t；依據哈勃關系式△λ/λ=△D/D，△λ應隨時間線性增加，即該定律成立的必要條件是紅移譜線持續移動而不是紅移。

3.取H=3×10-2m/s光年，代入△λ/λ=△D/D=H△t=3×10-2m/s光年·△t=10-10/年·△t可知，任一星系的△λ/λ都將以每年10-10持續增加。60年代觀測精度(△λ/λ～2.5×10-15)已達這個數據的4×104倍，要證明哈勃定律成立，就必須提供對同一星系△λ/λ隨時間線性增加的觀測證據。

近40年來，新理論與新技術的結合，相繼發現了一些不調和的紅移現象。海爾天文臺的阿普80年代末就宣稱：“我們已知有38個不調和紅移天體與24個星系相關聯。這個數字之大，不允許我們將它一筆勾銷”(1-P151)。依據這些佐證，至少在某些情況下，關于紅移跟膨脹關聯的傳統解釋是錯的。

紅移跟運動的關聯確實并不具有唯一性。依據狹義相對論，運動物體發出的光被靜止者觀測時將發生頻移，和聲波頻移機理相同，用多普勒效應解釋沒有錯。依據廣義相對論，具有強引力場的靜止物體發出的光，在引力勢較高處觀測也要紅移。即光的頻移有兩種機制，聲波頻移卻僅有一種，用多普勒頻移解釋光現象就必然會丟失引力頻移機制。通常的解釋是：“引力不能定量解釋星系的普遍紅移，引力效應至少不占主導地位”(4-P509)，可以忽略不計；霍金的說法是：“星系的引力場沒有足夠強到對它有明顯的效應”(5-P47)。

哈勃宣布宇宙在膨脹時，全世界能夠理解廣義相對論的人寥若晨星，“據記載，本世紀20年代初有一位記者告訴愛丁頓，說他聽說世界上只有三個人能理解廣義相對論，愛丁頓停了下，然后回答：我正在想這第三個人是誰”(5-P83)；50年代之前，“廣義相對論大體上是數學的一個分支”，60年代之后才“從考察數學結構到開始按照物理來思考”(6-P72)；尤為重要的是，這個時期利用穆斯堡爾效應在高度差H=22.5m的條件下，“極其精密地測得57Fe的一條γ譜線的紫移，波長相對變化僅有△λ/λ≌gH/C2～2.5×10-15，與理論預告值在誤差范圍內符合”(7-P94)。引力頻移被精確地測量出來后，就不得不承認“引力是一種極其巨大的力量”(6-P66)。即此不難算出，在地球引力場中γ光子通過22.5m，需時△t1=h/C=22.5m/3×108ms-1=7.5×10-8s。

由哈勃關系△λ/λ=△D/D=H△t=10-10/年·△t；當△λ/λ～2.5×10-15時，△t2=2.5×10-15×3.15×107s/10-10=7.88×102s。

依據平直而各向同性的宇宙學原理，當△λ/λ～2.5×10-15時，引力效應/哈勃效應=7.88×102s/7.5×10-8s=1.5×1010。很顯然忽略引力效應肯定是個重大失誤。

大爆炸——膨脹宇宙論被稱為標準宇宙模型，存在3個問題：其一、不考慮引力效應就不符合現代宇宙學的定義；其二、40年前就測出的引力頻移比膨脹效應大1010數量級，早已粉碎了“唯一的物理學解釋”神話；其三、“廣義相對論用時空結構的幾何性質來表示引力場”(8-P328)，哈勃當時并不理解，用多普勒效應解釋紅移屬于以偏概全；時至今日如果仍不考慮引力效應，宇宙常數偏小、退離速度偏大的錯謬，將永遠不可能得到糾正。

為了確定引力跟紅移的定量關系，特作如下討論：

一、改變高度差重做穆斯堡爾實驗，依據兩次測得的數據，可以確定：

1、紅移相對變化量跟距離還是距離平方相關；

2、導出相關公式，為比較引力貢獻和哈勃貢獻提供依據。

二、有人認為，光在漫長的星際旅途中會受到無數恒星的，其左彎右折必然使紅移量產生較大改變，無法予以判定。其實并非如此，可依據右圖闡明如下：圖中A為發光恒星，M、N為兩個恒星，P為太陽；光線AB受它們影響的實際傳播線路為AB、BC、CD、DE、EF；F為地球，FA為依據經驗認定的光傳播線路。實際上BC是光在M附近沿能級相同的測地線通過的軌跡，能夠影響紅移的僅為B′C′。即此可得如下推論：

推論1、光無論受多少恒星影響發生左彎右折，決定紅移或紫移的只有直線距離。

推論2、A使光紅移，F使光紫移，由于M地《M恒，地球的影響可以忽略不計。

推論3、由實驗得出的公式，可以用于定量解釋星系的普遍紅移，同時將成為確證哈勃定律正確與否的判據。

參 考 書 目

1、(美)巴里·派克著 愛因斯坦的夢 湖南師范大學出版社 1989年 2、薛曉舟等著 現代物理學的問題 河南大學出版社 1996年 3、袁正光主編 領導干部科普知識全書 改革出版社 2000年 4、大百科全書編委會 大百科全書·物理卷 大百科全書出版社 5、(英)霍金著 許明賢等譯 時間簡史 湖南出版社 1995年 6、(英)霍金著 胡小明等譯 時間簡史續篇 湖南科技出版社 1995年 7、倪光炯等著 近代物理 上海科技出版社 1979年 8、董光璧等著 世界物理學史 吉林出版社 1994年