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解析宇宙學(xué)導(dǎo)論

第二章  基本理論

§2.1  紅移

 

2.1.1 波長

 

波長是波在沿著傳播方向的一個波形信號中，相鄰周期且同樣端點之間的距離。

波長在物理中表示為：λ，讀作“蘭姆達”，單位是m（米）。

在無線系統(tǒng)中，長度通常被指定為米、厘米，或毫米。在紅外線，可見光，紫外線和射線中，波長更多的指定為nm（納米，是10的負9次方米)或者埃 (單位是10的負10次方米) 。

我們知道，光（電磁輻射）可按波長劃分為幾部分：肉眼可見的紅橙黃綠青藍紫顏色光是可見光部分（波長從770nm到390nm，nm是納米）；往長波延伸則有，紅外線（波長從0.770um到1000um，um是微米）和無線電波（波長大于1mm，mm是毫米，天文學(xué)上通常稱之為射電波）；往短波延伸則有，紫外線（波長390nm到10nm，nm是納米）、X射線（波長100Å到0.1Å，Å是埃）、γ射線（波長小于0.1 Å，Å是埃）。如果要細分，我們還可以分為：就無線電波來說可細分為米波（1～30m，m是米）、厘米波（1～100cm，cm是厘米）、毫米波（1～10mm，mm是毫米）；就紅外線來說可細分為遠紅外線（30～1000um，um是微米）、中紅外線（3.0～30 um，um是微米）、近紅外線（0.77～3.0 um，um是微米）。

光（電磁輻射）的特性可以用頻率（每秒鐘電磁場振動次數(shù)——赫茲）表示，頻率ν（紐）和波長λ（蘭姆達）的換算公式為：

                  （2.1.1.1）  

式中，c為光速（c=299792458m/s，m/s是每秒米）。

光（電磁輻射）有波和粒子（光子）兩重性，光子能量為：

                  （2.1.1.2）  

式中，h為普朗克常數(shù)（h=6.6260755×10-27erg.s，erg.s是爾格·秒）。

 

2.1.2 紅移的定義

 

紅移是物體的電磁輻射由于某種原因使波長增加的現(xiàn)象，在可見光波段，它表現(xiàn)為光譜的譜線朝紅端移動，即波長變長、頻率降低。相反的，波長變短、頻率升高的現(xiàn)象則被稱為藍移。

紅移最初是在人們熟悉的可見光波段發(fā)現(xiàn)的，隨著對電磁波譜各個波段的了解逐步深入，任何電磁輻射的波長增加的現(xiàn)象都稱為紅移。

對于波長較短的γ射線、X-射線和紫外線等波段，波長變長確實是波譜向紅光移動，紅移的命名并無問題，然而，對于波長較長的紅外線、微波和無線電波等波段，盡管波長增加實際上是遠離紅光波段，但這種現(xiàn)象仍然被稱為紅移。

在宇宙觀測過程中，設(shè)觀測者觀測到的波長為λ，在地球上實驗室測定的波長λ₀，那么，波長的變化量就是：

  

               （2.1.2.1）  

 

該式就是紅移的定義式，在地球上實驗室里測定的波長 就是被確定的星系輻射光子的波長。

 

2.1.3 紅移的分類

 

由于引起紅移的原因不同，紅移也有不同的種類。依據(jù)引起紅移的原因進行分類可分為如下三種：

1 由于光源的相對運動所引起的紅移，通常稱之為多普勒紅移。這種多普勒紅移是我們最為熟悉的一種紅移。

2 由于光（電磁輻射）脫離引力場引起的紅移，通常稱之為引力紅移。這種引力紅移在強引力場中才有明顯顯現(xiàn)。

3 由于光（電磁輻射）在傳播過程中產(chǎn)生的紅移，通常稱之為宇宙學(xué)紅移。這種宇宙學(xué)紅移是《解析宇宙學(xué)》于2009年問世以后才有比較清晰認(rèn)知的一種紅移，也是《解析宇宙學(xué)導(dǎo)論》主要討論的紅移。

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