恒星距离的计算方法.doc

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1、恒星距离的计算方法摘要光速不变原理是相对论的基础，但为什么不变？假设光子为了保持速度恒定能够自动衰减它的能量，利用这个假设推导出了红移的计算方法：多普勒红移zD=v/(c-v),引力红移zg=GM/(rc2-GM)，距离红移zd=exp(L/4669)-1，并指出了多普勒公式中的错误和根据广义相对论推导出的引力红移公式的瑕疵。利用普森公式、距离与红移的关系及两个Ia型超新星参数，求出了关联系数a及星际消光系数b。用两种方法计算出了155个恒星的距离并比较了它们的差别。证明了光子在星际中传播时能量衰减很小，但它却是引起红移的主要原因；星际的绝对消光也很小，但忽略它会

2、引起很大的误差。最后，解释了引起计算误差的原因，提出了测量关联系数的方法，说明了哈勃常数是距离的函数，分析了类星体的发光原因,并估算了类星体的距离和半径。关键词：距离红移，关联系数，消光系数，哈勃常数，史瓦西半径1引言光子在真空中传播时，其速度是常数，它是相对论的基石，并已被多次证明是正确的。为什么光速是常数？光子是如何实现的？假设光子为了保持速度的恒定能够自动衰减（或增加）自身的能量。1.1根据假设，如果光源以速度v离开观察者，则它的动量为P=mv，光子为了保证速度的恒定，也必须降低能量克服光子的初始动能（f为发射源的原始发射频率，f’为接收到的频率，h为普朗克

3、常数，c为光速，m为光子运动质量）即：h*f-P*c=h*f’（1）把P=m*v和m=h*f/c2代入上式得：h*f-h*f*v/c=h*f’，f’=(1-v/c)*f。zD=[c/(c-v)]-1=v/(c-v)，（2）或：vD=c*z/(1+z)。（3）根据多普勒原理，观察者和发射源彼此远离时的频率关系为(v0为观察者移动速度，vs为发射源移动速度，V为介质速度）：f’=[(V-vo)/(V+vs)]*f（4）当v0=0，vs=0.6V时，f’=f*V/1.6V=0.625*f，z=0.6而当v0=0.6V，vs=0时，f’=f*0.4V/V=0.4*fz=1

4、.5彼此靠近时的关系为：f’=[(V+vo)/(V-vs)]*f（5）当v0=0，vs=0.6V时，f’=2.5*fz=-0.6而当v0=0.6V，vs=0时，f’=1.6*fz=-0.375这明显是个错误，在现有的实验条件下很容易验证，宇宙学红移就是根据多普勒原理推导出了z=v/c，当z>1时必须用洛伦兹变换，但在同一坐标系下为什么变换呢？多普勒公式应改为：彼此远离时：f’=[(V-vo)/V]*[(V-vs)/V]*f（6）彼此靠近时：f’=[(V+vo)/V]*[(V+vs)/V]*f（7）红移和速度的关系也应改为：z=f/f’-1=[V/(V-v)]-1=

5、v/(V-v)（8）或：v=V*z/(1+z)（9）1.2根据前面的假设，光子在一个引力场中，为了保证速度的恒定，必须衰减能量用于克服引力，则下式成立（g为重力加速度，r为星球的半径，）：h*f-m*g*r=h*f’(10)把m=h*f/c2，g=G*M/r2，（G为引力常数，M为星球质量）代入上式得：h*f-h*f*G*M/r*c2=h*f’，f’=（1-G*M/r*c2)*f,z=f/f’-1=G*M/（r*c2-G*M）(11)根据广义相对论推得引力红移公式为[1]：zg=[1-2G*M/(r*c2)]-1/2-1，简化后的公式为[2]：zg=GM/rc2用

6、本文的能量衰减论所得的等式为：zg=GM/(rc2-GM)。为了比较哪个是合理的，分别把地球（M=5.965*1024kg,r=6.371*106m)、太阳(M=1.9887*1030kg,r=6.955*108m)和当r=2GM/c2时的数据分别代入，计算得到结果如表1所示．表1不同理论计算的引力红移量比较Table1.ComparisonofgravitationalredshiftindifferenttheoreticalcalculationsGravityredshiftearthsunr=2GM/c2[1-(2G*M/r*c2)]-1/2-16.95

7、26895352*10-102.12339151*10-6∞GM/（rc2-GM）6.9526896728*10-102.12338925*10-61GM/rc26.9526896680*10-102.12338474*10-60.5由表1中可以看出：当r=2G*M/c2时，根据广义相对论推导的公式红移为无穷大，也就是说，在史瓦西半径上光子是无法逃逸的。如果光子的运动方向是史瓦西半径球面的切线方向，则光子永远不能逃离这个球面，但如果光子的运动方向是垂直于球面向外，光子为了保持速度的恒定，就会自动降低能量克服引力。设光子的频率为f，这时光子的能量为：E=h*f，史瓦

8、西半径球面