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是什么原因产生引力红移？
电磁波,天体,引力是什么原因产生引力红移？
发布时间：2019-02-08加入收藏来源：互联网点击：
问题补充： 爱因斯坦在广义相对论提出在引力场中的辐射源发射出来的电磁波波长会变长（红移）。电磁波在进入另一个介质后电磁波波长会变化，那么什么原因导致产生引力红移？
回答于 2019-09-11 08:43:50
回答于 2019-09-11 08:43:50
一个小球落入井中，其既有能量而不至于跌落井底，但又缺乏足够的能量弹到井外。而且，由于井的直径太小，以至于小球在井中存在的状态是不连续的。
根据能量的变化，小球可以在基态和不同的激发态之间来回变动。小球获得能量时会被激发至不稳定的高能状态，然后再通过激发空间量子产生光而跃迁回基态。于是，不同能级的跃迁，会产生出一系列不同频率的光谱。
上述例子是物理学中的势阱模型。当两个基本粒子非常接近时，一方面受不确定原理的限制不能彼此无限接近，另一方面它们彼此吸引又无法相互远离。不同的原子，电子与质子形成的结构是不同的，因而产生的光谱也是不一样的。
科学家们正是借助于原子光谱，来辨认远方天体的物质成分。然而，爱因斯坦在其广义相对论中预言，大质量的天体发出来的光谱，会因为引力的作用，失去部分能量，致使其频率降低，这就是引力红移现象。
我们的宇宙是由量子构成的，离散的基态量子构成空间，受到激发的量子变成了光子，由高能量子组成的封闭体系就是物质。由于物质的封闭性小于1，会对外产生热辐射，使其局部空间的量子形成热的梯度分布。
于是，当量子受到激发，成为光子离开天体时，空间量子会由于温度的不同，对该光子产生不对称的碰撞，从而消耗了光子的部分能量。这就是大物质使光产生引力红移的物理机制。
回答于 2019-09-11 08:43:50
问题有挑战性。题下背景有两个问题：①为什么光源发射的电磁波在光源附近红移？②为什么电磁波通过介质会发生红移？
首先明确一点：电磁波的基底物质是真空场中固有的光量子，电磁波不是被光源发射出来的，而是被光源震荡推压或激发出来的。
天文学的光源，通常指恒星、脉冲星、黑洞、类星体。它们的共同特征是：内部都有热核反应，都会释放高温等离子体，都会激发高频电磁波。可以把它们统称热核天体。
显然，热核反应的温度与频率成正比。根据热力学第一定律与光电效应方程可以证明：
T=1.5hf/k，式中，T是绝对温标，h是普朗克常数，f是电磁波频率，k是玻尔兹曼常数。
1.因为热核反应渐强的电磁波蓝移
如果此类光源正在走向青春期，热核反应越来越加剧，激发外空间的电磁波频率就会越来越高，那么望远镜会表现出加速蓝移。
但是，就天体寿命而言，青少期毕竟是短暂的，故蓝移现象占比很小。
2.因为热核反应渐弱的电磁波红移
如果此类光源正在离开青春期，热核反应越来越减弱，激发外空间的电磁波频率就会越来越低，那么望远镜会表现出加速红移。
好比树木，青春前约10年，青春后有数百年，显然红移占绝对优势。
3.因为熵增机制导致的电磁波红移
物体由原子构成，原子会释放固有的原子光谱，较高频的有较高能量。根据浓度扩散或最小作用量或熵增加原理，高能电磁波总要被低能真空区吸收而降频或红移。
任何波，包括机械波、电磁波与引力波，即便在没有障碍的环境中长途推涌，也会渐渐红移，这是一个普适性的物理现象。
4.因为遭遇等离子体的电磁波红移
这里主要指电磁波接近所谓“大质量”的热核天体发生的红移，或者所谓“引力透镜红移”。
热核天体总要辐射大量的等离子体，在其附近空间形成日晕，在日晕之外附近，依然有较高浓度的等离子体。当外来电磁波接近或路过等离子体晕附近时，就会与等离子体发生碰撞，产生康普顿效应，或散射或偏折。
5.因为电子能带机制的电磁波红移
当电磁波从光疏介质进入光密介质时，有两种典型情况。
其一，当光密介质有晶体结构的，由于电子能隙狭窄而直接被价电子碰撞吸收为原子内能。
其二，光密介质有非晶体结构，例如玻璃、水体之类，由于电子能隙宽敞而被价电子碰撞后有机会折射出来，电磁波因为在介质中多次折射延长了光程，表观速度降低到0.66c左右。
其实不然，一旦进入光疏介质，又回到最初速度。但是根据康普顿效应与动量守恒定律，该电磁波的频率必然下降而发生红移。
6.频差较大的电磁波不存在碰撞效应
原子光谱的精细结构表明：原本在原子内空间被电子电荷激发的多种频率的电磁波并没有碰撞融合，而是相安无事，各走各路。
白色阳光透过三棱镜的色散现象表明：白光里的各种单色光也没有相互碰撞融合，也得各行其是，分道扬镳。
只有一种情况：频率相等或极其相近的电磁波，才可能发生碰撞或共振或融合。
所以，有关用电磁波相互碰撞导致频移(红移或蓝移)的说法是不能成立的。
7.关于退行性红移的基本估计
其一，就逻辑而言，不排除类星体退行性红移的可能性。
其二，就实际而言，退行性红移无法解释还有大约10%的类星体以及仙女座M31星系蓝移的反例。
其三，物理学原理，对同一类现象的解释，不允许有反例、不允许自相矛盾、不允许不完备。
8.关于宇宙学红移的基本估计
其一，宇宙学红移是为了解释蓝移反例而精心设计的纯几何空间膨胀进而否定了哈勃红移的本义，这本身就是自相矛盾的。
其二，宇宙学红移，无法直接通过实验观测数据加以证实，也与现实数据背道而驰。比如说，我们的房屋空间难道也是在以超光速膨胀的么？
其三，即便宇宙学红移援引哈勃常数作为空间膨胀的依据，但是哈勃常数并不是常数，又如何解释空间膨胀是一个变加速度呢？
其四，宇宙学红移直接违背质量守恒、能量守恒定律、电荷守恒的所有守恒定律。
所谓的宇宙大爆炸奇点的能量、质量、电荷量究竟是多少，从何而来，连上帝也不知道。
好了，本答stop here。请关注物理新视野，共同切磋物理逻辑与中英双语的疑难问题。
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