4. 多普勒效应，光谱的红移和紫移
    天文学家在上世纪就已经利用多普勒效应来测算恒星远离我们的速度了。当火车向我们急速开来时，我们会听到它的汽笛声越来越尖锐（音频变高或波长被压缩）；反之，当火车远离你而去时，它的汽笛声则变的沉闷（音频变低或波长拉长），这就是物理学上的多普勒效应，它是由奥地利物理学家斯蒂安·多普勒（Chris－tian DoPPler，1803—1853年）于1842年发现的，而法国物理学家费兹奥（A．Fizeau）则将多普勒效应推广到了光波。同声波一样，当光源背离我们运动时，它的光频率变低，可以观测到的它的光谱线（例如氢原子谱线）向红端偏移，并且光源离开我们的速度越大它的红移量越大；而光源向我们飞来时，光频变高，光谱线向紫端偏移。这两中情况在天文物理中分别被称做“红移”和“紫移”。我们今天正是用红移发现了恒星及众多的河外星系远离我们而去──宇宙正在膨胀。

    有一个故事为多普勒效应作了有趣的阐述。一个司机因开车闯红灯被送上了法庭。他非常聪明，解释说是因为汽车跑得很快，红光在他眼里成了绿光。法官的物理学也学得不错，计算出来，要使红光由于多普勒效应变成绿光，那个司机必须把车子开到10万公里／秒的速度。法官于是微笑着对司机说道：“我接受你的论证，你在超速行驶！”

多普勒效应也被警察用于使司机们害怕的速度监测雷达，它在天文学上也有许多有益的应用。天文学家有点像个听觉很灵敏的盲人，这种人听到救火车汽笛的声音就能判断车子行驶的速度和方向。天文学家也通过使用摄谱仪“听”恒星的光而测量它们的运动，这种方法对于在看不到伴星的情况下揭示恒星的双星运动特别有用。

5. 宇宙膨胀与哈勃定律
 由“多普勒效应”，星系的光谱线红移量v对应于星体的退行速度，退行速度又称为“红移速度”。1929年，发现并证实了河外星系存在的美国天文学家哈勃（Edwin.Powell.Hubble，1889~1953）等人进一步发现，“星系的光谱线红移量v与它们离我们的距离r存在着简单的正比关系”，这个简单的关系可用下式表述：

     （哈勃关系或定律）

关系式中的H叫做“哈勃常数”。只要知道H值和星体的红移量，就能方便地算出任何天体、星系到我们的距离。因此，“红移速度”就成为我们量天的依据。如果我们知道了宇宙的尺度，再假设我们的宇宙在膨胀，且宇宙边缘处远离我们的局限速度是光速c，那么我们就可轻易的算出式中常数H的倒数就是宇宙的年龄：

根据目前的观测与计算，宇宙的尺度大约为200亿光年；宇宙的年龄大约为1.451010—2.051010年，即140—200亿年，这个数值与根据恒星演化理论推算出的最古老的恒星寿命吻合；而哈勃常数H大约为67±15千米/秒·兆秒。

6. 膨胀模型的建立
1927年，比利时天文学家勒梅特（Georges Lemaitre, 1894~1966）在弗里德曼“解”的基础上，把已观测到的河外星系红移解释为大尺度宇宙空间随时间而膨胀的结果，建立了“膨胀宇宙模型”。

1929年，哈勃在仔细研究了一批星系的光谱之后发现，除个别例外，绝大多数星系的光谱都表现出红移，而且红移量大致同星系的距离成正比。如果将红移解释为多谱勒效应，那就意味着所有星系都在离开我们而去，其退行速度正比于同我们的距离。这就是前面谈及的“哈勃关系或定律”（见第一章第一节）。如果遵循哥白尼的思想，认为我们在宇宙中并不处于特殊的中心位置，也就是说哈勃定律对任何星系来说都成立，那么，直接的推论就是：字宙中所有的星系都在彼此远离，即我们的宇宙正处于普遍的膨胀之中！

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