哈勃定律宇宙膨胀与脉冲星时稳定度的观测结果相悖

陈军利 康耀辉

摘要：1929年哈勃发现河外星系的退行速度与距离成正比，形成了哈勃定律，从此哈勃定律成为宇宙膨胀和宇宙大爆炸理论的基石，但是自从哈勃发现哈勃定律以来，一直争议不断，许多学者提出了不同于哈勃的非速度红移学说，哈勃定律中的红移是否代表星系的退行速度，星系是否在退行，宇宙是否在膨胀，需要观测证实。从哈勃发现红移到现在将近一百年，没有观测数据可以直接说明星系距离在增加，近年来天文学家对脉冲星时稳定度的观测结果，可以直接证明星系并没有退行，宇宙没有膨胀。

关键词：哈勃定律，红移公式，退行速度，宇宙膨胀，脉冲星时稳定度

Abstract： In 1929， Hubble discovered that the retrograde speed of galaxies outside the galactic is proportional to distance， forming Hubble's law. Since then， Hubble's law has become the cornerstone of the theory of cosmic expansion and the Big Bang. Scholars have proposed a non-velocity redshift theory that is different from Hubble. Whether the redshift in Hubble’s law represents the retrograde speed of galaxies， whether the galaxy is regressing， and whether the universe is expanding， needs to be confirmed by observation.Nearly a hundred years after Hubble discovered the redshift， there is no observational data that can directly indicate that the distance between galaxies is increasing. In recent years， astronomers' observations of pulsar time stability can directly prove that galaxies have not regressed and the universe has not expanded.

Keywords： Hubble's law， redshift formula， retrograde velocity， cosmic expansion， pulsar time stability

引言：1929年哈勃等天文學家对河外星系红移的观测，提出了有名的哈勃–勒梅特定律【1】，它是指“遥远星系的退行速度与它们和地球的距离成正比”，这里哈勃–勒梅特定律有两重含义：

1、星系的红移与星系的距离成正比，星系的距离越远，红移越大;

2、红移大小代表了星系的退行速度。事实上，哈勃等天文学家观测到的是第1点。第2点只是哈勃根据多普勒效应【2-3】的推断，多普勒效应是说：当火车鸣笛进站时，车站中的人会听到声音变尖，音调变高，火车远离车站时，车站中的人会听到声音音调变低，这个现象对于光也是适用的。当年哈勃由多普勒效应断定，他测到的星系红移就是多普勒效应的结果，所以星系都在远离，宇宙在膨胀，这里问题在于，星系远离肯定产生红移，但是不能说红移都是星系远离产生的。对此自从哈勃发表哈勃定律以来，一直争议不断，1929年在哈勃发表哈勃定律的同一年，兹威基（F. Zwicky）就提出红移是光子在穿越宇宙到达地球时，由于引力场的存在，逐渐损失了能量而形成的【4】，克劳福德（D.F.Crawford）也提出光子由于与弯曲时空的相互作用而逐渐失去能量【5】，1962年德布罗意（De Broglie）提出光子疲劳效应的理论来解释宇宙学红移【6】，1973年中国科学院唐孝威院士提出电子静质量随时间变化的假设【7】，1974年美籍华人学者张操在在电磁波波动方程中引入时间变量μ【8】，1974年中国科学院原子能研究所薛圣友对电子静质量随时间变化做了进一步分析【9】，1982年大卫·A·汉斯（David A.Hanes）【10】，1992年，孟买塔塔基础科学研究所的宇宙学教授贾扬·纳利卡（Jayant Narlikar）【11-12】，中国科学院地球物理研究所欧阳珽【13】，还有很多学者都对哈勃定律中的红移成因做了分析，提出了不同于哈勃星系退行的学说，2008年CCC2（The Second Crisis in Cosmology Conference）宇宙学第二次危机会议上，把宇宙膨胀和哈勃定律作为专题作了讨论【14】，2018年加拿大多伦多约克大学物理与天学教授路易斯马米特（Louis Marmet）总结了59种红移理论【15】。这里争论的焦点问题在于：哈勃定律中的红移是否代表星系退行速度，宇宙是否膨胀，这个需要观测数据证实。本文主要提出星系没有退行，宇宙没有膨胀的观测实测证据。

哈勃发现红移现象应该由两部分组成，一部分是光子远距离传输产生的红移;另一部分是星系移动产生的多普勒效应，这一部分有红移，也有蓝移;

Z=Zc+Zd                     ⑴

上式中：Z为实际观测到的红移，Zc为光子衰减产生的红移，Zd为多普勒红移（蓝移）。

星系较近时，多普勒红移（蓝移）占有一定的成分，星系较远时，多普勒红移（蓝移）反映到红移曲线上（类似哈勃图）会产生弥散，对于河外星系，这个值很小可以忽略，则有

Z≈ZC                   ⑵

以下Z就表示光子远距离传输产生的红移。

我们可以借助哈勃定律【1】，

V=H0R          ⑶

上式中，H0是哈勃常数，R是距离。这里近年来测得的哈勃常数应该是光线远距离传输产生的红移常数。

Z=（λ-λ0）÷λ0=V÷C      ⑷

这里Z为红移值，λ为观测到的波长，λ0为标准波长，V为哈勃定律中的退行速度，C为光速。

Z=H0R÷C          ⑸

为了区分平常人们说的哈勃常数，我们定义C0为红移常数：

C0=H0÷C          ⑹

红移

Z=C0R            ⑺

这里把它叫红移公式，哈勃等天文学家发现河外星系的红移与距离关系用这个红移公式表达更为准确，用这个紅移公式代替未经证实退行速度表达的哈勃定律更为恰当。

近年来报道哈勃常数测定值不一样，这里选2009.5.7，美国宇航局NASA，根据对遥远星系Ia超新星测量结果，Hubble常数（74.2± 3.6）km/（s*Mpc）【16-18】为准，其他测定的哈勃常数的值，不影响本文结论。

光速计算值：C=299792.458km/s（一般取300000km/s）。

这里哈勃常数取74.2km/（s*Mpc），光速C取300000km/s。

C0=H0÷C          ;          ⑻

=74.2km/（s*Mpc）÷300000km/s

=0.0002473/Mpc

=2.473×10-4/Mpc

红移

Z=C0R=2.473×10-4R           ⑼

上式中：Mpc百万秒差距，距离R单位为百万秒差距Mpc。

不管星系是否退行，宇宙是否膨胀，哈勃发现的红移与距离成正比总是成立的。

现在的关键问题在于：星系是否远离，宇宙是否在膨胀，这个问题如何证明？

显然最直接的证明办法就是，间隔一段时间，测量星系的距离是否增加。哈勃是1929年发现星系的红移的，到现在快一百年了，根据哈勃定律，宇宙一定膨胀了不少，星系间的距离也应该增加不少，我们看看按照哈勃定律，星系的距离应该增加多少？

哈勃定律：

V=H0R             ⑽

∆R=V∆T=H0R∆T                   ⑾

KR=∆R÷R=H0∆T              ⑿

这里∆T为间隔时间，∆R为∆T时间内星系的距离差值，KR为星系距离变化率，取∆T为100年

KR=∆R÷R               ⒀

=H0∆T

=74.2km/（s*Mpc）×100年

=74.2km/（s*Mpc）×100（年）×365（天）×24（小时）×60（分）×60（秒）

=233997120000km/Mpc

=233997km/pc

=233997km÷（308568×108）km

=0.758332×10-8

=7.58332×10-9

1秒差距pc=3.2616光年=206265天文单位=308568亿公里【19】。

要通过检测星系距离的变化，需要测量距离的精度达到10-9，显然即使现在测量也根本达不到这个精度，一百年前哈勃那个时代更达不到。

根据哈勃定律，如果一个星系在100年前，会有一个红移值，经过100年的退行，距离增加了不少，在新的距离下，又有一个红移值，由于距离的增加，根据哈勃定律退行速度应该增加，100年后的红移值也应该比100年前的红移值大，如果能测到这个红移值的变化，是比测星系距离容易很多的事情，现在来看看这个红移值变化的比有多大？

根据哈勃定律：

V=ZC=H0R            ⒁

可以得到：

KZ=（Z100-Z0）÷Z0=（H0R100÷C-H0R0÷C）÷（H0R0÷C）=（R100-R0）÷R0           ⒂

式中KZ是红移值的变化率，Z0是100年前测得星系的红移值，Z100是100年后测得星系的红移值，R0是100年前星系的距离，R100是100年后星系的距离，可以看出红移值和上面距离的精度要求是一样的，要测量红移的精度达到10-9，显然即使现在测量也根本达不到这个精度，100年前哈勃那个时代更达不到。

按照哈勃定律，当距离遥远的星系，它的退行速度会越来远大，甚至会超过光速，对于这个结果，显然有悖与相对论。把它解释为宇宙空间膨胀造成的“视速度”，有点过于牵强。宇宙空间膨胀，实质上还是宇宙中的星系互相远离。

事实上，星系的红移值与距离成比例。这点哈勃发现了，后来更多的天文学家对超新星的观测，更加证实了这点。现在天文学家也在用星系的红移量测算星系的距离。但是除了星系的红移外，没有任何观测可以说明星系在退行。

1967年，脉冲星的发现，和近年来天文学家对脉冲星时稳定度的观测，给我们带来了证据。“脉冲星就是高速自转的中子星，具有极其稳定的周期性，其稳定度比目前最稳定的氢原子钟还要高1万倍以上，被誉为自然界中最稳定的天文时钟，使之成为人类在宇宙中航行的灯塔。”这里选取了脉冲星10年稳定度的有关数据【20-21】 ：

PSR J0437-4715  地基脉冲星时10 年稳定度为1.23×10–15，

PSR J1939+2134  地基脉冲星时10 年稳定度为1.39×10–16，

PSR J1824-2452A 地基脉冲星时10 年稳定度为5.00×10–15，

按照哈勃定律，脉冲星产生的脉冲周期，是典型的多普勒红移脉冲，如果星系都在远离，脉冲星的周期应该随时间的延长，周期也被相应的拉宽。但是事实上，脉冲星的周期很稳定，没有任何变化，这里需要说明的是，光子的远距离传输并不影响脉冲星的周期，只会影响载频。

这里，脉冲星的周期就是波长，脉冲星的周期变化率KS，就是红移值的变化率

KS=（T1-T0）÷T0=（λ1-λ0）÷λ0=H0R÷C=H0C∆T÷C=H0∆T        ⒃

式中R=C∆T，∆T是时间间隔，V是哈勃定律中的退行速度，H0是哈勃常数。

10年脉冲星周期变化率：

KS=H0∆T            ⒄

=74.2km/（s*Mpc）×10年

=74.2km/（s*Mpc）×10（年）×365（天）×24（小时）×60（分）×60（秒）

=23399712000km/Mpc

=23399.7km/pc

=23399.7÷（308568×108）

=0.0758332×10-8

=7.58332×10-10。

1秒差距=3.2616光年=206265天文单位= 308568亿公里

结论：根据哈勃定律，脉冲星周期10年变化值应该在10-10量级，脉冲星时稳定度的实际观测值在10-15量级，比哈勃定律推断的脉冲星周期的变化小5个数量级急（十万倍）以上，考虑到测量精度，可以断定：星系并没有象哈勃推断的那样退行，宇宙也没有膨胀，哈勃发现的星系红移，并不是由于星系的退行产生的，星系沒有退行，宇宙也没有膨胀，建立在宇宙膨胀基础上的宇宙大爆炸理论也该终结了。

哈勃不严谨的一个推断，成了宇宙膨胀的依据，由宇宙的膨胀产生了大爆炸理论，暴涨理论，产生了暗能量的推断，但是暗能量一直未得到证实，根据脉冲星时稳定度的观测，星系没有退行，宇宙没有膨胀，当然暗能量也就不存在了。

参考文献：

[1]Hubble， E.， “A relation between distance and radial velocity among extra-galactic nebulae”， Proceedings of National Academy of Science of the United States of America， 15， 168–173 （1929）.

[2]刘战存. 多普勒和多普勒效应的起源. 2003年. 物理. 32卷第7期。

[3]王莉;朱浩;孙燕云. 2016年. 大学物理 上册. 清华大学出版社. 176-178。

[4]F. Zwicky，“On the Red Shift of Spectral Lines through Interstellar Space”，Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America ，1929年Page： 773-779。

[5]D.F.Crawford，Photon decay in curved space-time，Nature，（1929） 277， 633-635.     https：//doi.org/10.1038/277633a0。

[6]Croca J R. De Broglie tired light model and the reality of the quantum waves [ J]. Foundations of Physics， 2004， 34 （12）： 1929-1954.

[7]唐孝威（中国科学院），基本粒子演化假说和河外星系红移解释《复旦学报（自然科学版）》1973年03期。

[8]张操，宇宙学红移的可能解释《物理》1974年05期。

[9]薛圣友 （中国科学院原子能研究所 ），基本粒子的演化和河外星系的光谱位移 《科学通报》1974年10期。

[10]David A.Hanes著 章民泰译，宇宙在膨胀吗《世界科学》1982年04期。

[11]j.纳里卡 真有过大爆炸吗 《自然杂志》1982年5卷05期。

[12]J.Narlikar 陈壮叔译，也许大爆炸没有发生 《世界科学》1992年04期。

[13]欧阳珽（中国科学院地球物理研究所），宇宙在膨胀吗《科学前沿》 1995年10期。

[14]Hilton Ratcliffe，The Second Crisis in Cosmology Conference （CCC2），Port Angeles，WA， USA， 8th to 11th September， 2008。

[15]Marmet L . On the Interpretation of Spectral Red-Shift in Astrophysics： A Survey of Red-Shift Mechanisms - II.  2018.

[16]郭世杰 哈勃常数之争或改写宇宙学定律 空间科学学报 2017年4期。

[17]赵君亮 哈勃定律与哈勃常数 科学 2008年02期。

[18]刘霞 新哈勃常数值挑战现有宇宙学标准模型 科技日报 2020年6月16日第 002版。

[19]Cosmic Distance Scales - The Milky Way. [24 September 2014]。

[20]杨廷高 仲崇霞，毫秒脉冲星计时观测进展.天文学进展 2005， 23（001）1-9.毫秒脉冲星计时观测进展。

[21]周庆勇 魏子卿 闫林丽等，面向综合定位导航授时系统的天地基脉冲星时间研究，物理学报 2021年07月05日Vol.70 No.13。

作者简介：陈军利，男，生于1963年4月28日，籍贯陕西凤翔，汉族。1984年7月毕业与西北工业大学电子工程系，高级工程师。地址：陕西省西安市莲湖区枣园西路丰盛园.