【科普】“红移”与火车鸣笛实验

“红移”与火车鸣笛实验

流传最广的一个有关“红移蓝移”的佐证性实验，就是“火车鸣笛”实验。

说：当你站在铁轨的旁边，看到一列火车向你渐渐驶来，此时，你所听到的汽笛声会越来越高，越来越刺耳；当火车从你身边驰过，渐渐的驶向远方，此时，你再听到的汽笛声就会越来越低、越来越微弱了。

汽笛声高而刺耳，是因为声波的频率高，波长短，；汽笛声低而微弱，是因为声波的频率低，波长长；或相对而言。

以上说明，当火车向你驶来时，声波的波长会变短、频率会增高；当火车离你远去时，声波的波长会变长、频率会降低。

将上述声波转换成光波，即可得出：当发光物体向你飞来时，光波的波长会越变越短，频率会越变越高，光波呈蓝色，亦即“蓝移”，代表的是靠近；，当发光物体飞离你远去时，光波的波长会越变越长，频率会越变越低，光波呈红色，亦即“红移”，代表的是远离。

那么，问题来了，上述的说法对吗？

回答：错的。

让我们把实验再重做一下，即：

当你站在铁轨之上，此时，在轨道的两侧各放一辆同型号的火车，一辆放得很远，一辆就放在身边近处，让两辆车保持静止不动。之后，再让它们各自鸣笛，此时会发现：离你近的火车汽笛声高而刺耳，离你远的火车汽笛声低而微弱。

说明：汽笛声的高与低只与火车与人的距离有关，而与火车的运动无关。请注意，这一点极为重要。

当火车靠近你时，是由于距离近了，故笛声才高吭；当火车远离你时，是由于距离远了，故笛声才低沉；而不是因为火车的运动导致了笛声的高低。

声波传输的规律是：随着距离的拉大，能量逐渐减弱，如此，频率会越来越低，波长会越来越长。越靠近声源，频率就越高，波长就越短；越远离声源，频率就越低，波长就越长。

光波与声波的运动原理本质上是一致的，它们都属于波的能量运动，只不过，光因为是电磁波，故它的频率与波长的变化速率较之声波则要慢得多得多，因此，只有在极长极长的距离上，才能够观察到这一明显的变化（注：这也是人们容易误解的原因，以为光频率波长是不变的）。

因此，当人类在地球上观测极遥远的星系或星球所发来的光时，不可因其“波长越来越长即认为它是在远离”，无论这些波呈什么颜色，红色也罢，蓝色也罢。

只有在以下二种情况下，才能被认为是“远离”，即：

1，随着时间推移，所观测到的最大波长较之原先观测到的最大波长进一步地拉大；2，被观测星球的光能量没有减弱，保持恒定的状态；

上述两个条件必须同时具备，否则不行。

如此一来，可以想见，宇宙又怎么可能是在“膨胀拟或膨胀的速度已达到了光速”呢？

至于宇宙中的星球它们是什么颜色，则取决于星球之光的发光物理机制、能量值、以及与观测者之间的距离。