空間沒有膨脹，紅移是光傳播時「疲勞」造成的，這種說法靠譜嗎？

遙遠的星系在我們地球上看來其所發出的光向光譜的紅端發生了移動，這個觀測結果是20世紀最偉大的發現。

如果用都卜勒-菲索效應解釋的話，就會得出來一個驚人的結論，宇宙中的星系在快速的遠離我們。

並且根據哈勃在1929年發現的哈勃定律來看，星系遠離我們的速度和其與地球的距離成正比。就說明星系的遠離並不是星系真的在空間中移動，而是宇宙的空間在膨脹。

這個結論正是愛因斯坦廣義相對論下一個各向同性、均勻宇宙的一個解，根據這個解繼續沿著時間軸反向推論的話，宇宙標準模型大爆炸理論就誕生了。

沿著時間軸往前推論的話，我們大致就能猜測出宇宙未來的結局。

你看，一個星光的紅移現象的發現，直接引發了宇宙學革命。可以說這個發現是現代宇宙學的根基。

如果用另外一種方式去解釋星光為什麼紅移，那麼整個宇宙學大廈就會瞬間傾塌。

不知道你有沒有想過這個問題，宇宙範圍如此之廣，動輒數十億、數百億光年，這樣的距離令我們驚呼，那麼星系發出光以後，會不會是因為光在如此遠的距離傳播的途中，自行損失了能量，而發生了紅移？

並非是星系遠離我們，或者是空間在膨脹的原因造成的呢？也就是說紅移的這個現象不再用都卜勒-菲索效應解釋，而光能量的自行衰減造成的。

如果事實真是如此，那麼我們宇宙就沒有膨脹，也沒有所謂的大爆炸起源。

這是個顛覆性的想法，你沒有想過這個問題也不打緊，因為在歷史上，也就是1929年，哈勃發現哈勃定律的同一年茨威基就提出了這樣的看法。

茨威基就是那個最早發現星系團中星系運動速度異常的科學家，他也是第一個發現星系團中質量缺失的人，為暗物質問題的提出做出了貢獻。

他認為星系的紅移並不是空間膨脹造成的，而是因為距離太遠，星光傳播的時候疲勞了，也就是損失了能量，在被我們接收到以後我們就看到了星光紅移，然後誤以為這是都卜勒-菲索效應造成的，才得出了宇宙在膨脹的結論。

這個觀點在當時被稱為「光纖老化」問題，既然有不同的學說，那麼科學家自當會認真對待，去檢驗茨威基的說法。

首先第一個問題就是光線如何損失能量。

我們知道能量守恆這件事在宇宙中的任何事物、任何位置、任何時間上都是成立的，一個物體在沒有和其他物體發生相互作用的時候，他所固有的運動狀態是不會發生改變的。

假如，你現在在深邃的太空中，給你一個初始的動量，只要沒有其他物體對你產生影響，不管是引力作用、還是電磁作用，你都會保持這個初始的動量一直運動下去。

光也是一樣的，要是沒有任何東西影響光子，光的性質（波長、頻率）也不會發生變化。唯一能讓光在傳播的時候自行丟失能量，也就是 茨威基所說的光跑著跑著給疲勞了；

只有光在傳播的時候跟宇宙中間中彌散的氣體、塵埃發生了電磁相互作用，不管是被散射、還是被吸收後再發射，都包含在可能的相互作用之內。

那麼這時光就損失了能量，確實會發生紅移，不需要宇宙膨脹。但是這樣的相互作用會產生另外一個效果：你看，光被吸收再發射、散射，就會引起遙遠天體的影像完全變得模糊不可辨認。

也就是說，只要我們觀察到一個星系的光譜有紅移，那麼這個星系的光在傳播的時候就與星際物質發生過相互作用，我們就不能再辨認出這個星系的細節了。

同理，人類也別想看清楚任何遙遠星系的任何細節，看到的都是一團模糊的光斑。

但真實的情況是這樣的嗎？相信你已經猜出來了，哈勃望遠鏡拍出了很多遙遠星系的影像，這些星系的星光都發生了紅移，而且我們也完全能看清星繫結構的詳細細節。

上圖是NGC6217，距離我們6千萬光年，細節如此清晰。如果這個星系發出的光跟宇宙中的其他物質發生了相互作用，那麼這個星系在我們眼裡就會模糊成一個大光斑。

上圖是史蒂芬五重星系，這些星系距離我們平均在2億光年左右，光譜出現了紅移，但是細節也是相當的驚人。

「光線老化」其他與觀測事實相悖的還有，如果如果宇宙沒有發生膨脹，那麼我們就觀察不到遙遠天體的「時間膨脹」效應。

空間膨脹的話，光的波長被拉長丟失能量，那麼我們觀察到這些光線的時候就會因為光波的變長，而出現延時效應。

如果光線只是跟其他物質發生了作用而丟失能量的話，就沒有所謂的時間膨脹效應。

事實恰恰與「光線老化」語言的相反，我們可以通過觀察距離不同的1a型超新星，就會發現距離較近的超新星相比於距離較遠的超新星，爆發時亮度從亮起到暗淡下去所用的時間較短。

這說明遠處的1a型超新星在我們看來明顯發生了時間膨脹效應。這也說明了空間在膨脹。

上圖是賽弗特六重星系，其實這個結果的成員正兒八經的只有四個，有一個已經被其他星系通過引力拉的解體來。

還有一個就是正面朝向我們的那個星系，看起來非常小，原因是它相比於其他星系距離我們非常遠，至少是其他星系五倍的距離。

但是這個星系看起來也具有詳細的細節，而且我們在其中也觀察到了具有時間膨脹效應的事件。

不可否認，光傳播的時候是會與星際介質發生作用，損失能力，但其微小程度可以忽略，它更不能稱為解釋星系光譜紅移的原因。

更加否認不了宇宙空間在膨脹的事實，也更加無法撼動以愛因斯坦廣義相對論為基礎的新宇宙學模型。

所以說，星光的紅移還必須得用都卜勒-菲索效應來解釋！