解析红移与相对速度的联系

胡  良

深圳市宏源清实业有限公司

摘要：红移分为三大类，多普勒红移的原因是辐射源在空间中远离观测者导致；引力红移的原因是光子摆脱引力场向外辐射导致；而宇宙学红移的原因是宇宙空间自身的膨胀导致。

狭义相对论表达了所有的惯性系是平权的及物理定律形式不变。广义相对论理论，提出了张量引力场及测地线方程。普朗克提出能量量子化概念。矩阵力学，波动力学，不确定性原理及狄拉克方程等体现量子力学理论的核心。

关键词：红移，相对速度，相对论，对称性，宇宙，场，相位

作者,总工，高工，硕士

Analyze the relationship between redshift and relative speed

The energy constant (Hu) is the smallest energy unit,Hu = h * C=Vp*C^(3), which reflects the intrinsic relationship between the vacuum speed of light (C) and Planck's constant (h). 

Keywords:Red shift, relative speed, relativity, symmetry, universe, field, phase

1前言

红移分为三大类，多普勒红移的原因是辐射源在空间中远离观测者导致；引力红移的原因是光子摆脱引力场向外辐射导致；而宇宙学红移的原因是宇宙空间自身的膨胀导致。

狭义相对论表达了所有的惯性系是平权的及物理定律形式不变。广义相对论理论，提出了张量引力场及测地线方程。普朗克提出能量量子化概念。矩阵力学，波动力学，不确定性原理及狄拉克方程等体现量子力学理论的核心。

2多普勒红移的定量计算

多普勒红移是指当光源远离观测者运动时，观测者观察到的电磁波谱会发生红移，类似于声波由于多普勒效应而形成的频率变化。

第一种情况，

对于光子来说， ；

光源远离观测者，意味着光源的运动速度， ；

由于光源速度的影响，对于光子来说， ；

可见， ，体现为红移。体现为相对论的尺缩钟慢。

第二种情况，

对于光子来说， ；

光源靠近观测者，意味着光源的运动速度， ；

由于光源速度的影响，对于光子来说， ；

可见， ，体现为蓝移。体现为相对论的尺胀钟快。

3引力红移的定量计算

对于引力红移来说，

第一种情况，

对于光子来说， ；

光子远离孤立量子体系，由于万有引力的影响，

对于光子来说， ，即， 。

这意味着，由于万有引力的影响，导致光子的频率减小，等效于减速 ， 。换个角度来说，形成红移现象的内在原因与孤立量子体系内在的势能差（ ）相关。

可见， ，体现为红移。

第二种情况，

对于光子来说， ；

光子靠近孤立量子体系，由于万有引力的影响，

对于光子来说， ，即， 。

这意味着，由于万有引力的影响，导致光子的频率变大，等效于加速 ， 。

可见， ，体现为蓝移。

4内禀速度及相对速度

量子数量守恒定理体现了广义协变对称性，能量守恒定律体现了时间对称性，动量守恒定律体现了空间对称性。

假设有一辆高速运行的火车（火车的速度用，S，表达），火车的前端位置用A表达，火车的后端位置用B表达，而甲（例如张某）站在火车内的中间部位。

当火车通过站台时,乙（例如李某）站在站台中间。当乙与火车两端的间距相等时,从火车前端及火车后端同时发射光（光的速度用C表达）。

显然，乙可同时看到这两道光，也就是说，这两起事件一定是在同一时间发生的（具有同时性）。因为，对乙来说,收到的这两个光（信号）体现为具有同一样的时间间隔，并且光线传播的距离相同,因此，将会同时到达乙所处的位置。

换句话说，光体现为信号速度（具有内禀属性），与火车（光源）的运行速度（S）无关。

但是，对于乙来说，从火车前端发射的光体现为红移；从火车后端发射的光体现为蓝移。对于乙来说，光源（火车）的运动对光的频率产生了影响。

而，对于站在火车内的中间部位的甲来说；因为甲与高速运行的火车一起运动；因此，甲将先看到火车前端发射的光（信号）；然后，再看到火车后端发射的光（信号）；对甲来说,这两起事件不是同时发生的。

换句话说，对甲来说，从火车前端发射的光（信号）与

甲的相对速度（Sr）是Sr=C+S。因此，甲将先看到火车前端发射的光（信号）。

此外，由于最大的信号速度是真空中的光速，因此，最大的相对速度是，

C+C=2C，表达最大的相互聚集的速度。

从火车后端发射的光（信号）与甲的相对速度（Sd）是：Sd=C-S。因此，甲将后看到火车后端发射的光（信号）。

此外，最小的相对速度是零；但从理论上来说，最小的相对速度是，

(-C)+(-C)=-2C，表达最大的相互分离的速度。

总之，在宇宙中，信号速度是孤立量子体系内禀的速度，最大的信号速度是真空中的光速（C）；假设有两个孤立量子体系（参考系），一个是地面参考系（惯性系）；另一个是相对地面参考系匀速运动的火车；则在这两个参考系进行实验，得到的物理学规律是完全相同的。 

 值得注意的是，相对速度是两个孤立量子体系之间的速度，最大的相对速度是真空中光速的二倍，即，C+C=2C。

宇宙间所有的物体都保持在运动。运动速度是绝对的，而静止是相对的；静止是相对于某个参考系来说的。

换个角度来看，

对于两个孤立量子体系来说，在相同背景空间的条件下，孤立量子体系（甲）与孤立量子体系（乙）的相对运动的速度有三大类表达式。

第一种情况，当甲与乙相互之间分离运动时，其相对速度可表达为， 。

此时，从甲发射的光子（信号速度）到乙时，乙观测到该光子出现红移。同样地，从乙发射的光子（信号速度）到甲时，甲观测到该光子也出现红移。体现为频率变小，波长变长；或者说，相对速度（速率）变大时，体现为，尺缩，钟慢。

第二种情况，当甲与乙相互之间聚集运动时，其相对速度可表达为， 。

此时，从甲发射的光子（信号速度）到乙时，乙观测到该光子出现兰移。同样地，从乙发射的光子（信号速度）到甲时，甲观测到该光子也出现兰移。体现为频率变大，波长变小；或者说，相对速度（速率）变大时，体现为，尺胀，钟快。

第三种情况，当甲与乙相互之间同一个方向运动时，

其相对速度是零时，即， 。此时，从甲发射的光子（信号速度）到乙时，乙观测到该光子的频率不变。同样地，从乙发射的光子（信号速度）到甲时，甲观测到该光子频率也不变。体现为频率不变，波长也不变。体现为，尺不变，钟不变。

从另一个角度来看，

总之， ，有三种情况， ， ， 。

可见，对于两个孤立量子体系来说，相互之间存在相对速度大小，同时也存在分离，聚集及静止的区别。也就是说，对于两个孤立量子体系来说，相互之间的分离，聚集及静止体现的物理现象是有区别的。体现的相对论效应也是不同的。

对于狭义相对论来说。

假设有甲，乙（双胞胎），其中，甲留在地球上，乙乘坐宇宙飞船离开地球，

甲认为，乙乘坐的飞船上的时钟比自己慢；但是，当乙乘坐宇宙飞船原路径返回地球时，甲认为，乙乘坐的飞船上的时钟比自己快；因此，甲及乙年龄刚好完全相同。

5物理学的对称性及守恒

物体运动的快慢程度就是速度；速度是矢量，其大小可称为速率；此外，速度还有大小及方向。在物理学中，速度常指瞬间速度，而日常生活中常指平均速度（例如，火车速度）。光速是宇宙中最大的速度。

对称性及守恒是物理学中最核心的理念，每一种类型的对称性都会有相对应的守恒定律，反之，任一个守恒定律都表达了相应的对称性。量子数量守恒定理体现了广义协变对称性，能量守恒定律体现了时间对称性，动量守恒定律体现了空间对称性。

对于狭义相对论来说。

假设有甲，乙（双胞胎），其中，甲留在地球上，乙乘坐宇宙飞船离开地球，

甲认为，乙乘坐的飞船上的时钟比自己慢；但是，当乙乘坐宇宙飞船原路径返回地球时，甲认为，乙乘坐的飞船上的时钟比自己快；因此，甲及乙年龄刚好完全相同。