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相對(duì)論和量子論是二十世紀(jì)人類認(rèn)識(shí)自然的兩個(gè)最偉大的科學(xué)成果。

在“等效原理”和“廣義相對(duì)性原理”的假定基礎(chǔ)上，愛因斯坦建立了廣義相對(duì)論，這是一個(gè)關(guān)于引力場的理論，它表明，無能量存在的真空是平直的，是一種三維的歐氏空間，但當(dāng)真空具有能量時(shí)，真空即發(fā)生彎曲變形，此時(shí)的真空就不再是平直的歐氏空間，而是彎曲的黎曼空間，歐式幾何不再適用，而應(yīng)代之以黎曼幾何。

廣義相對(duì)論用幾何化的方法描述引力場基本是成功的，基本揭示了引力場的幾何本質(zhì)。

但是我認(rèn)為，將物理性質(zhì)的引力場進(jìn)行這種抽象的數(shù)學(xué)幾何化的做法，是不能令人滿意的。除此之外，廣義相對(duì)論還有其他缺陷。

一、廣義相對(duì)論的缺陷

1、廣義相對(duì)論“奇點(diǎn)”的存在廣義相對(duì)論的引力場方程為：

這個(gè)方程是高度非線性的，一般不能嚴(yán)格求解。只有在對(duì)時(shí)空度規(guī)附加一些對(duì)稱性或其他要求下，使方程大大簡化，才有可能求出一些嚴(yán)格解。

在引力場球?qū)ΨQ的假定下，可以得到方程的史瓦西解：

顯然，度規(guī)在r=2MG/c2和r＝0處奇異（趨于無窮大）。但是,r=2MG/c2處的奇異是由于坐標(biāo)系帶來的,可以通過適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系變換來避免。r＝0處的奇點(diǎn)是本質(zhì)的。在奇點(diǎn)上，時(shí)空曲率和物質(zhì)密度都趨于無窮大，時(shí)空流形達(dá)到盡頭。不僅在宇宙模型中起始的奇點(diǎn)是這樣，在星體中引力坍縮終止的奇點(diǎn)也是這樣。在奇點(diǎn)處，“一切科學(xué)預(yù)見都失去了效果”，沒有時(shí)間，也沒有空間。無窮大的出現(xiàn)顯然是廣義相對(duì)論的重大缺陷。

另外，對(duì)于廣義相對(duì)論的數(shù)學(xué)形式復(fù)雜性，世界著名物理學(xué)家波恩說：“它的形式復(fù)雜得可怕”。

2、廣義相對(duì)論與量子理論不相容

量子理論是非常完備的科學(xué)理論，而廣義相對(duì)論和量子理論彼此間并不相容。

1920年，韋爾提出了一個(gè)將電磁場和引力場聯(lián)系起來的電磁場幾何化的理論，他的基本想法是：把電磁場與空間的局部度規(guī)不變性聯(lián)系起來。韋爾的理論不僅沒有得到學(xué)術(shù)界的認(rèn)可，而且也與實(shí)驗(yàn)結(jié)果不符。之后，瑞尼契、惠勒、米斯納等人也作了很多將電磁場幾何化的嘗試，都沒有獲得成功。

人們也曾試圖將引力場進(jìn)行量子化，并從中尋求引力場與電磁場的本質(zhì)聯(lián)系，企圖用量子論的方法實(shí)現(xiàn)引力場與電磁場的統(tǒng)一。電磁場的場量子是光子，類似地人們欲將量子化的引力場的場量子稱為引力子。但經(jīng)過幾十年的努力，引力場的量子化嘗試連連失敗。

二、對(duì)萬有引力定律的改造

顯然，牛頓萬有引力定律是有缺陷的，我們認(rèn)為該定律是一個(gè)正確定律極好的近似。為了便于進(jìn)行類比，我們來看一個(gè)電磁學(xué)現(xiàn)象：

在一個(gè)范圍內(nèi)，同時(shí)有一個(gè)恒定的電場和磁場(磁感應(yīng)強(qiáng)度為B)，其中，電場由帶電量為-Q（場源）的均勻球體產(chǎn)生。距離球心r處，有一靜止檢驗(yàn)點(diǎn)電荷，帶電量為+q（q＜＜Q），其對(duì)場源的影響可忽略不計(jì)。則點(diǎn)電荷不受磁場的作用，F(xiàn)c=0；所受電場力（庫侖力）為有心力，大小為：

Fe=Qq/4πεr2……（1）

如果點(diǎn)電荷以速度v運(yùn)動(dòng)，則所受電場力仍滿足（1）式，同時(shí)，它還要受到磁場力（洛侖滋力）的作用，大小為：

Fc=Bqvsinθ……（2）

θ為B與v的夾角，洛侖滋力Fc不是有心力，其方向恒與速度v的方向垂直，由左手定則確定?？芍?，洛侖滋力Fc對(duì)點(diǎn)電荷不做功。

萬有引力F1=（GMm/r2）與（1）式很相似，因此，我們假定，在萬有引力場中運(yùn)動(dòng)的物體，除受引力F1之外，同時(shí)受到另一個(gè)類似洛侖滋力力（暫稱為附加力）F2的作用，F(xiàn)2是速度v的函數(shù)，其方向恒與速度v的方向垂直，在v與r構(gòu)成的平面（密切面）之內(nèi)，指向曲率中心一方，大小為：

F2=（GMmv2/r2c2）

由此得到萬有引力的精確表達(dá)式為：

F=（GMm/r2）[1+（v2/c2）]

=（GMm/r2）+（GMmv2/r2c2）……（3）

其中，c為真空中的光速，m為物體的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量。

m=m0/[1-（v2/c2）]1/2

我們稱第一項(xiàng)（GMm/r2）為愛因斯坦引力，第二項(xiàng)（GMmv2/r2c2）為附加力。

至此，我們已經(jīng)完成了對(duì)萬有引力定律的改造，下面對(duì)新理論進(jìn)行檢驗(yàn)。

三、對(duì)新理論的檢驗(yàn)

我認(rèn)為，在考慮“引力場”和“變速運(yùn)動(dòng)”的情況下，時(shí)空仍然是平直的。

1、太陽光譜線“紅移”

根據(jù)改造的萬有引力定律和光的波粒二象性，就可以得到太陽光譜線“紅移”的結(jié)果。

當(dāng)光子從太陽(r0=R)運(yùn)動(dòng)到地球(r=∞)時(shí),對(duì)于速度為c的光子,太陽的愛因斯坦引力f1對(duì)光子作負(fù)功，地球的愛因斯坦引力F1對(duì)光子作正功,太陽、地球附加力（F2）對(duì)光子不作功。f1引起光子的能量變化為：

ΔE1=-∫f1dr=-GMm∫(1/r2)dr（光子的質(zhì)量m變化很小，故可提到積分號(hào)外）

以太陽為參照系，當(dāng)光子從太陽(r=R)運(yùn)動(dòng)到地球(r=∞)時(shí),將r從r=R到r=∞積分得：

ΔE1=-GMm/R

光子的能量E=mc2=hν,ΔE1=hΔν=-GMm/R

Δν=-GMm/hR

F1引起光子的能量變化為：

ΔE2=∫F1dr=-GM’m∫(1/r2)dr

=-（GM’m/r）+C’

以地球?yàn)閰⒄障?，?dāng)光子從太陽(r=∞)運(yùn)動(dòng)到地球(r=R’)時(shí),

ΔE2=GM’m/R’

ΔE2=hΔν’=-GM’m/R’

Δν’=-GMm’/hR’

光子的能量總變化為：

ΔE=ΔE1+ΔE2

=-GMm/R+GM’m/R’

=Gm[（M’/R’）-（M/R）]

相對(duì)而言，地球的引力比太陽的引力小很多，地球的質(zhì)量與半徑的比值（M’/R’），比太陽的質(zhì)量與半徑的比值（M/R）小4個(gè)數(shù)量級(jí)，故對(duì)光子能量總變化的主要貢獻(xiàn)來自太陽的引力，ΔE≈ΔE1，Δν=-GMm/hR

而E=hν0，ν0=E/h=mc2/h

Δν/ν0=-GM/Rc2=-2.12x10-6

負(fù)號(hào)表示光從太陽運(yùn)動(dòng)到地球頻率變小。這就是太陽光譜線“紅移”的理論值。實(shí)際觀測結(jié)果為-2.12x10-6。

對(duì)天狼星伴星光線的引力紅移，理論值為：

Δν/ν0=28x10-5

1971年，格林斯坦（J.L.Greenstein）利用衍射技術(shù)，得到實(shí)際觀測結(jié)果為：（30+5）x10-5。

我們必須注意，雖然新理論的結(jié)論與廣義相對(duì)論一樣，但原因卻不相同。

我們知道，光源的固有頻率是指，相對(duì)光源靜止的觀測者檢測到的光源所發(fā)出的光子的頻率。例如，某原子的固有頻率取決于該原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)，它是該原子的固有屬性，與引力場的大小毫無關(guān)系。無論是黑洞、太陽、地球上的氫原子，還是遙遠(yuǎn)太空中遠(yuǎn)離引力場的氫原子，對(duì)于相對(duì)氫原子靜止的觀測者，它們在躍遷時(shí)所發(fā)出的頻率大小都相同，等于氫原子的固有頻率。

如果光源遠(yuǎn)離觀測者，觀測者檢測到的光源所發(fā)出的光子的頻率將變?。l率“紅移”）——這是多普勒效應(yīng)，但是，廣義相對(duì)論認(rèn)為，太陽光譜線引力“紅移”的原因是：太陽表面的引力場比地球表面的引力場強(qiáng)，因而太陽表面的鐘走得較慢，當(dāng)用某種物質(zhì)從太陽發(fā)出的光譜線的頻率，與同一物質(zhì)從地球發(fā)出的光譜線的頻率進(jìn)行比較時(shí)，結(jié)果是，從太陽發(fā)出的光譜線的頻率較?。ā凹t移”）。

新理論認(rèn)為，太陽光譜線“紅移”的原因是：從太陽表面的光子運(yùn)動(dòng)到地球時(shí),由于其受到的力主要是來自于太陽的引力，而該引力對(duì)光子做負(fù)功，引起光子能量的減少，但光速大小不變，只能是光子頻率減少了（E=hν）。當(dāng)用某種物質(zhì)從太陽發(fā)出的光譜線的頻率，與同一物質(zhì)從地球發(fā)出的光譜線的頻率進(jìn)行比較時(shí)，結(jié)果是，從太陽發(fā)出的光譜線的頻率較?。ā凹t移”）。

從太陽發(fā)出的光譜線到達(dá)地球的觀測者，將同時(shí)產(chǎn)生多普勒“藍(lán)移”效應(yīng)。

鐘的快慢與固定在它之上的坐標(biāo)系的速度和加速度有關(guān)，與觀測者的坐標(biāo)系有關(guān)，與它所處在的引力場強(qiáng)弱無關(guān)。

2、地球光譜線“藍(lán)移”

1959年龐德等人在哈佛大學(xué)首次在地面上直接驗(yàn)證了引力頻移。利用在塔頂發(fā)射射線，在塔底接收。塔高H為。

此實(shí)驗(yàn)在地面上，故可忽略太陽對(duì)光子的作用。地球的愛因斯坦引力F1對(duì)光子作正功,地球附加力（F2）對(duì)光子不作功。F1引起光子的能量變化為：

ΔE1=∫F1dr=GMm∫(1/r2)dr

=-（GMm/r）+C，將r從（H+R）到R積分，

ΔE1=（GMm）{（1/R）-[1/（R+H）]}

在地面上，(GMm/R2)=mg,GM=gR2,

ΔE1=hΔν

Δν=gHm/h[1+（H/R）]≈gHm/h

[（H/R）＜＜1]，而E=hν0，ν0=E/h=mc2/h

Δν/ν0=gH/c2=2.46x10-15

這就是光譜線“藍(lán)移”的理論值，表示光從塔高H為射到地球表面，光頻率變大。實(shí)際觀測結(jié)果為2.46x10-15。

我們必須注意，雖然新理論的結(jié)論與廣義相對(duì)論一樣，但原因卻不相同。

廣義相對(duì)論認(rèn)為，射線“藍(lán)移”的原因是：塔高H為處的引力場比塔底的引力場弱，因而塔高H為處的鐘走得較快，故在塔底接收來自射線的光譜線頻率較大。

新理論認(rèn)為，射線“藍(lán)移”的原因是：從塔高H為處的射線運(yùn)動(dòng)到塔底時(shí),由于其受到的力主要是來自于地球的引力，而該引力對(duì)光子做正功，引起光子能量的增加，其相應(yīng)的頻率增大（E=hν）。

如果從塔底將射線射向塔高H為處,由于其受到的力主要是來自于地球的引力，而該引力對(duì)光子做負(fù)功，引起光子能量的減少，其相應(yīng)的頻率減少（E=hν），出現(xiàn)“紅移”現(xiàn)象。

為了檢驗(yàn)關(guān)于射線“藍(lán)移”的正確與否，我們可以做兩個(gè)實(shí)驗(yàn)：

（1）在珠慕朗瑪峰大約8000米海拔高度，或者1萬米高空的飛機(jī)上，原地測出（不要從高射向低，也不要從低射向高）以上射線的頻率；

（2）在廣西的北海銀灘原地測出以上射線的頻率。

如果在高低兩處測出以上射線的頻率滿足以下關(guān)系式

（高處的頻率較大）：

Δν/ν0=gH/c2

則說明廣義相對(duì)論正確，否則錯(cuò)誤。

3、恒星光線的偏折

以遙遠(yuǎn)恒星光子的運(yùn)動(dòng)速度的前進(jìn)方向?yàn)閤軸負(fù)方向，建立平面坐標(biāo)系x-o-y,在太陽引力場中，光子的運(yùn)動(dòng)速度非常大，運(yùn)動(dòng)質(zhì)量m很小,它的偏角θ非常小,光子在y軸方向的分運(yùn)動(dòng)速度非常小，所以：

F1sinθ+F2=may=m(dvy/dt)

F1=（GMm/r2），

F2=（GMmv2/r2c2），對(duì)于光子，v=c，F(xiàn)2=（GMm/r2）

F1與F2大小相等，但方向不同。

光子在x軸方向的速度可以認(rèn)為不變，為c≈dx/dt

sinθdx=rdθ,sinθ=R/r（R為太陽半徑，r為光子與太陽中心的距離），在t時(shí)刻，光子運(yùn)動(dòng)速度與x軸負(fù)方向的夾角為dθ,當(dāng)光子從+∞遠(yuǎn)處運(yùn)動(dòng)到-∞遠(yuǎn)處時(shí)（θ從而到π），光子的總偏角為：

θ=(GM/Rc2)∫（sinθ+1）dθ

=(2+π)GM/Rc2=2.2"