[论文解读] On the Interpretation of Spectral Red-Shift in Astrophysics: A Survey of Red-Shift Mechanisms - II

L. Marmet|arXiv (Cornell University)|Jan 20, 2018

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 60被引用 8

一句话总结

本文汇编并定量比较了超过60种用于解释天体物理红移现象的物理机制，重点关注其中9.14种建模宇宙学红移-距离关系的机制。该研究评估了每种机制的功能关系、适用范围及其与观测数据的一致性，为评估标准膨胀宇宙模型的替代方案提供了比较框架。

ABSTRACT

This paper gives a compilation of physical mechanisms which have been proposed to explain the spectral red-shift of distant astronomical objects. Over sixty selected mechanisms are listed for the purpose of quantitative comparisons. Some of these mechanisms may not completely account for all astrophysical observations but are relevant to particular situations such as the solar limb red-shift, the red-shift of quasars or the cosmological red-shift. However, this paper focuses mainly on the 59 mechanisms giving a quantitative description of the cosmological redshift-distance relationship. A description is given for each mechanism including its properties, limits of applicability, functional relationships and comments.

研究动机与目标

• 系统性地汇编并评估用于解释天体物理学中光谱红移现象的物理机制。
• 为9.14种关键机制提供定量预测，这些机制建模了宇宙学红移-距离关系。
• 实现对竞争理论的直接比较，包括基于广义相对论的宇宙膨胀与替代模型。
• 评估非标准机制（如光子疲劳、量子电动力学效应以及基于四元数的暗能量）与实证数据的可行性。
• 通过强调预测准确性、可调参数最少化以及可证伪性等标准，支持科学评估。

提出的方法

• 根据其对空间、时间、物质和光的物理假设，将红移机制划分为七种类别。
• 推导每种机制的功能关系，将红移z表示为距离或其他物理参数的函数。
• 全程使用标准国际单位制（SI单位），并对采用替代长度或时间定义的模型进行相应调整。
• 绘制部分机制的功能关系图，以便与ΛCDM宇宙学模型进行视觉和定量比较。
• 纳入各类模型支持者的输入，以确保其预测得到准确呈现。
• 强调理论选择中可重复、可证伪的实验以及最少的临时假设的重要性。

实验结果

研究问题

• RQ1 不同红移机制（如多普勒频移、宇宙学膨胀和光子疲劳）在预测红移-距离关系方面如何进行定量比较？
• RQ2 像QED诱导红移或色散消光这样的替代模型在适用范围和函数形式上存在哪些限制？
• RQ3 像CREIL或基于四元数的暗能量机制是否能在不引入空间膨胀的前提下解释观测到的红移异常？
• RQ4 像林赛使用四元数描述能量与动量的模型如何重现哈勃定律并预测z = v/c？
• RQ5 这些机制在多大程度上能够解释诸如太阳边缘红移、类星体本征红移或宇宙微波背景辐射均匀性等异常现象？

主要发现

• 本文识别出九种主要机制，能够定量描述宇宙学红移-距离关系，包括基于广义相对论的宇宙膨胀和替代模型。
• 林赛提出的基于四元数的模型预测z = cos(∠p⃗r⃗)，在静态宇宙中达到平衡时要求cos(∠p⃗r⃗) = 1且v = c，由此得出H₀ = c/Rᵤ ≈ 58.48 km/s/Mpc。
• CREIL机制预测红移与温度、邻近效应以及类星体Ly-α森林中的周期性（如卡尔森周期性）之间存在关联。
• 通过宇宙尘埃粒子引起的QED诱导红移可同时解释红移现象与宇宙微波背景辐射，而无需依赖距离相关的红移。
• 色散消光模型预测z ∝ λβ²，导致大距离处的亮度距离显著增加，但此预测与观测到的太阳边缘红移波长依赖性存在矛盾。
• 林赛静态宇宙模型中的平均物质密度估计为每立方米7.7个质子，与观测到的大尺度均匀性一致。