对相对论时空观的批判和改造

1、对相对论时空观的批判和改造 一、时空概念的危机物理学是研究物质的最简单运动规律的科学，其最终目的是：找到物质运动、变化与相互作用的内在联系，以最少的假设，通过分析、推理解释所有相关实验结果，预言新的实验现象。在各自领域内都分别取得极大成功的量子力学和相对论，是20世纪物理学乃至整个自然科学的两大支柱，但是，在人们企图把它们结合的时候却遇到了难以克服的困难。大量实验证实，非定域性是量子力学的一个基本属性，但是，非定域性将意味着超光速传播，这与狭义相对论的基本假设矛盾。当前，量子引力理论中的超弦理论的时空背景相关性，与圈量子引力理论中的时空背景无关性同时存在，是物理学中潜在的对于时空本质不同态度的

2、一次大碰撞，这种困难预示着物理学需要一次概念的变革，首当其冲的就是时空。时空观念是物理学中最基本的也是最重要的概念，不同的时空观念将导致不同的理论研究方向，任何对于时空概念的更新和深化，势必对整个物理学产生巨大的革命性的影响。“爱因斯坦时间膨胀”和“洛仑兹长度收缩”，是支撑相对论时空变换和相对论整个演绎推理的基础。为了比较物质运动的快慢程度，人们用“速度”这一概念来描述物质的运动状态，而为了定义“速度”这一导出概念，又必须引进两个更基本的概念：“时间”和“空间”。比如，一个人在时间t内跑过的路程是s， 则他的速度是:v=s/t更具体些，比如，有甲和乙两个人，甲在时间12秒内内跑过的路程是120

3、米， 则甲的速度是: V甲=120米/12秒=10米/秒乙在时间10秒内内跑过的路程是110米， 则乙的速度是: V乙=110米/10秒=11米/秒由此我们可知：乙跑得比甲快。在这里，描述空间的路程是如何定义的呢？这个好办，只要大家统一约定一米有多长就行了，制作这个一米长的标准尺之后，就可以复制许多把与标准尺一样长的尺子，如果把一米分成100份，则每一份的长度成为厘米；如果再把一厘米分成10份，则每一份的长度成为毫米那么，时间又是如何定义的呢？时间自古就作为最基本的概念引入到人们的日常生活中。在日常生活中，我们是采用地球围绕太阳公转一周作为时间“年”的单位、月球围绕地球公转一周作为“月”的单位

4、、地球自转一周作为“天”的单位。在科学上，1967年第十三届国际计量大会，采用以原子内部辐射频率为基准的时间计量系统，按新规定，“秒是铯-133原子基态的两个超精细能级之间的跃迁所对应辐射的9192631770个周期的持续时间”。可以看到，不论在生活中还是在科学中，我们对时间的定义都是采用“物体运动变化”的某种周期作为时间定义的方案。这种“周期”必须是稳定的，人们对“周期”的测量必须是准确的，由此而得到的“时间”概念才能够具有客观性、可操作性。由此看出，我们为了描述“物体的运动变化”，必须定义“时间”这一概念，但为了定义“时间”这一概念，又必须借助“物体运动变化”的某种周期。这种做法显然已经陷

5、入了循环逻辑这一“泥潭”。这也充分说明，虽然“时间”的概念对人们来说有些模糊因而不十分准确，但人们定义的“时间”概念必定与“物体的运动变化”密切相关，不可分割。由此可见，“时间”和“空间” 这两个概念的地位是不平等、不对称的。“空间” 的概念较形象、客观、准确，“时间” 的概念较抽象、主观、模糊。我们必须牢记这一点。但是，有一点是可以肯定的，那就是：“时间”和“空间” 的概念，都是人们为了描述物质的运动状态而建立起来的。虽然用空间尺寸可以描述物质的形状和大小，但空间不是物质；虽然我们可以同时使用“时间”和“空间” 概念来描述“物体的运动变化”，但时间也不是物质。物理学所指的物质脱离不了时间，因

6、为如果没有物质及其运动变化也就没有“钟”，就无法定义时间。但“空间”却是一种固有的存在，它可以脱离物质及其运动而独立存在。虽然，没有物质就没有“尺”，因而无法测量空间的大小，但空间依然客观存在。物质总是存在于某一空间之中，它依赖空间，而空间的存在并不依赖物质。比如，一块冰必须占据一定的空间，但当这块冰不存在时（溶化或蒸发），它原来所占据的空间依然存在，并且，此空间的大小和形状不会因为观测者的运动而改变。二、相对论 “时空”的矛盾爱因斯坦建立狭义相对论基于两个基本原理：“光速不变原理”和“相对性原理”。由这两个基本原理，很自然得到在不同惯性坐标系关于时间和空间的变换关系洛沦兹变换，在此基础上，物

7、体在不同惯性坐标系中的速度、质量、动量、能量的变换式都因此而可求出。如果惯性坐标系S相对于固定在地球上静止的坐标系S，以速度u沿x轴方向运动，x与x在同一轴上， 且当t=0时，O与O重合(如下图)洛沦兹时空变换为x=(x-ut)1-(u2/c)-1/2? （1）t=t-(ux/c2)1-(u2/c)-1/2（2）洛沦兹时空逆变换为x=(x+ut)1-(u2/c)-1/2? （3）t=t+(ux/c2)1-(u2/c)-1/2（4）设k= 1-(u2/c) -1/2 ,在运动坐标系S内的某一时刻（t=0），有一观测者A静止在S系内,他测量一条沿x轴放置的棒，测得该棒的长度为L0，由（1）得到L0

8、=x=k(x+ut) （5）在静止坐标系S内的某一时刻（ t=0，表示“同时”观测），有另一观测者B静止在S系内,他测得该棒的长度为x =L，则（5）式可以写为: L0=kL,或者L=L01-(u2/c)1/2（6）因为1-(u2/c)1/21，所以LL0，即运动的尺子缩短，此即尺缩效应。另外，在运动坐标系S内的某一地点（x=0），发生一个事件（如两次闪光），观测者A测得事件发生的时间间隔为t，则由（2）式得t=t-(ux/c2)1-(u2/c)-1/2在静止坐标系S的观测者B，测得事件发生的时间间隔为t，则由（4）式得t=t1-(u2/c)-1/2（6）因为1-(u2/c)1/21，所以tt

9、，即运动的钟走时慢，此即钟慢效应，也称“时间膨胀”。关于“钟慢尺缩效应”，虽然听起来是非常荒唐的，但由于根据狭义相对论所作的一切推论，理论与实践相符得非常好，因而狭义相对论的相对时空观念完全被人们接受，牛顿的绝对时空观念完全被人们抛弃。为了将“相对性原理”推广到非惯性系，爱因斯坦利用黎曼几何这一数学工具，建立了引力场方程，得出“时空”依赖于其周围的质量分布，而具有“弯曲”的性质。我认为，黎曼空间的存在，在几何上仍然存在严格的逻辑前提，然而，广义相对论的整个理论体系非常缺乏形式表达与物质对象之间的严格对应。一系列实验上的巧合给了我们“空间大小可以变化”，甚至可以“弯曲”的假象，实际上，这种看法是

10、十分荒唐的，我们不能仅仅因为广义相对论的理论与实验相符，就认为它是正确的。由于狭义相对论的时空概念只具有相对意义，则“钟慢尺缩效应”也是相对而言的。也就是说，在静止坐标系S的观测者B，通过观测得到运动坐标系S的“钟慢尺缩”； 在运动坐标系S的观测者A则认为自己是静止的，A看到坐标系S的运动速度为-u，A通过观测得到坐标系S的“钟慢尺缩”。 观测者A和B都认为对方的钟走慢了，尺子缩短了。这一结论显然是矛盾的，因而是不能令人满意的。为了进一步揭露以上时空概念的矛盾，我们再来看一个例子（请看下图）? ABCDE为较粗的、裸露的理想铜导线，按图中连接则回路中有电流I通过。现将上图作些改动（1）? 该理

11、想实验在远离一切力场的地方进行；（2）? 电路静止在惯性坐标系S内；（3）? 将A点断开，然后在该处串接一个灯泡；（4）? 将C、D断开，在S系内测得C、D的距离为1米；（5）? 有一条静止在惯性坐标系S内的铜棒，在S内测得其长度为L=1.1米，两个端点为C和D；（6）? 在惯性坐标系S观测，水平放置的铜棒CD紧贴铜导线，由C左端向D飞行，运动速度为u=0.99c；S系的观测者测得铜棒CD的长度为L=0.155米1米，灯泡不亮。（7）? 在惯性坐标系S系的观测者测得铜棒CD的长度为L=1.1米，测得CD的长度L=0.14米，1.1米，灯泡亮。显然，依据狭义相对论，在不同坐标系观测我们得到了互相

12、矛盾的结果。但是，这种矛盾是不允许的，是被禁止的，因为事件的结果是唯一的灯泡要么发光，要么不发光，二者必居其一。一个正确的物理理论必须对此进行选择并进行令人满意的解释。这充分暴露了狭义相对论时空观念的深刻矛盾。在前面我们已经发现，人类关于“时间” 的概念是抽象、主观和模糊的，关于“空间” 的概念则是形象、客观、和准确的。因而，我们有理由相信：铜棒CD的客观长度L0=1.1米，CD的客观距离为LCD =1米。事件的结果应该是：灯泡能发光！三、对“时空”概念的重新审查也许，如果没有迈克尔孙莫雷的光速实验，人们永远不会接受“相对时间”的观念，但是，这个实验是无可挑剔的，“光速不变”（光速是一个恒量，

13、与光源的运动、观测者的运动无关）是铁的事实，因此，“相对时间”是不可避免的。在惯性坐标系S观测，光速是c，x=ct；在惯性坐标系S观测，光速也是c，x=ct。因为xx， 所以，tt，即“时间膨胀”是客观、真实、必然的。“光速不变”正是由于时间的这一神秘原因引起的。但是，时间是一维的，它具有绝对的不可逆性，时间顺序的绝对因果律，在本质上不同于量子力学中的因果律，更不同于录象倒放的逆过程。用于描述微观粒子行为的“几率”概念，违反了宏观物体行为的因果律，那是允许的，它违反“常识”但不违反逻辑。而录象倒放使我们能够观看复制的历史资料，但我们却一点也不能干预、改变历史事实。因而，录象倒放这种“时间倒流”

14、不具有真实的意义。只要是一个心智健康的人，决不会相信“时间倒流”。如果对“时间倒流不可能”这一基本逻辑不具有坚定的信念，我们就无法建立任何科学定律。企图制造“时间机器”的人，我奉劝他们连想都不要想，因为这比企图制造“永动机”的人愚蠢万倍。时间是连续的，它无始无终；宇宙是固有的存在，没有开始，也没有结束。就算“宇宙大爆炸”是真的，那么，大爆炸前也是宇宙存在的另一种形态。但是，“长度收缩”这一空间性质是主观、虚假的，是由于人们在测量过程中的 不慎引起的假象，通过适当的数学处理即可校正。惯性坐标系S相对惯性坐标系S的速度为u（向右）。在S系观测直尺的长度为L=L0，当u不同时，在坐标系S中观测到无穷

15、多个直尺长度L1，L2，L3在这些所有的直尺长度的数值中,只有L=L0是唯一正确的，其余的值都是错误的，因而必须修正。错误的原因是：当我们位于一个相对直尺运动的参照系时，测量其长度不能“同时”测量直尺的两端。正确的测量方法是（分为两步）第一次测量：“同时”测量直尺的两端；测得铜棒CD的长度为? L1=L01-(u/c)21/2（7）第二次测量：“延时”测量直尺的右端。“延时”的时间为T=t1-1-(u/c)21/2（8）校正长度为L=X2-X1由（1）、（3）两式得L0=X2-X1=L-uT1-(u/c)2-1/2校正长度L= L01-1-(u/c)21/2（9）由（7）、（9）两式得到经过两

16、次测量后，得到校正后铜棒CD的长度为L=L1+L=L0既然我们通过“同时”测量铜棒两端的坐标，而得到铜棒长度偏短的错误结论，说明我们在测量D点的坐标时，已经“提前”进行了，这种“提前”是客观真实的，而用“同时”的方法反而成了主观、错误的了。出现这种错误的根本原因是人们在定义“时间”的概念时的主观性、模糊性、抽象性所带来的，是因为人类目前的语言缺陷造成的。这有点象目前我们用语言来描述微观粒子的量子行为一样，用的是主观、模糊、抽象语言，甚至于已经破坏了我们在日常生活中所建立起来的因果律，但是，量子力学并不因此而失去它的价值，反而更加闪耀着人类智慧的光芒。在物理上，标尺的长度必须为大家公认，从而能够

17、为整个科学世界制定一个共同的标准，根本无需也不可能对于实验中决定于不同操作所出现的不同“观测效果”作出同一化认定。“空间”从属于独立的抽象形式系统，它仅仅是表现物质运动的一个舞台，是完全抽象定义的一种独立存在，它仅仅是对一切物质及其运动“空间尺度”所必须的量度，它与真实存在着的物质世界完全无关，也与物质对象是否存在“质量”这样的逻辑前提无关。“空间”的这种“共同量度基准”的存在，是一切科学陈述的必需。“空间”纯粹是用来表现物质世界的一个表述工具，是一个为表述物质和物质运动所提供的、具有抽象意义的独立舞台。在“宇宙大爆炸”之前，宇宙当然是有“空间”的，“空间”提供了“宇宙大爆炸”之后的一个背景舞

18、台，只不过，此时的“空间”无法用“尺”这一“物质”去量度，也没有具有智慧的“人”进行操作罢了。因此，作为表观物质世界的自然科学中一个最简单和最原始的概念，根本无需对作为度量标准的“空间”进行特别的讨论。“时间”和“空间”作为形式系统中两个必须的、最原始概念，比对于“质量”的认定更为基本，范围也更为广阔。由此可得到以下结论：在不同惯性坐标系中观测，物体的长度不变，即空间具有绝对性。黎曼几何所描述的弯曲空间并不是真实的空间，黎曼几何只是描述物理现象的一种数学手段，但绝不是唯一手段，甚至可以认为它是一种错误的数学手段，因为它将科学引导到了一条错误的道路。爱因斯坦将不同单位的物理量构造一个抽象的几何“

19、时空”，造成了科学史上从未出现过的空前逻辑紊乱。光线真实存在的弯曲状况，是由大质量星体的万有引力（改造后）造成的，不可能决定于“广义相对论”中那个未知量和方程数都不同一、处处需要补充新的人为假设、演绎逻辑充满紊乱的“度量张量”场。因此，牛顿关于空间具有客观绝对性的观点是正确的：“绝对的空间，就其本性而言，是与外界任何事物无关、永远是相同的和不动的。相对空间是绝对空间的可动部分或者“量度”。 “空间”不是物体，它只是物体表演（运动）的一个“舞台”，这个“舞台”是人们根据物质的存在和运动而抽象出来的概念，“空间”既看不见，也摸不着。只有物体才有“大小”、“平直”、“弯曲”之分，“空间”不是物体，故

20、无“大小”、“平直”、“弯曲”之分。空间是绝对的、均匀、连续性的；宇宙空间并非“有限无边”，而是“无边无际”的。但是，牛顿关于时间具有绝对性的观点是错误的： “绝对的、真正的和数学的时间自身在流逝着，而且由于其本性而在均匀地、与任何其它外界事物无关的流逝着，相对的、表观的和通常的时间是通过运动来进行的量度，我们通常就用诸如小时、月、年等这种量度以代替真正的时间”。 时间是一维的，即用一个参数就能够表明所有事件发生的先后顺序，时间标架方向的选择是确定的，不带有观察者的随意性。为了给出在空间不同点的事件的先后顺序和时间间隔，需选取时间标架，即在已定空间标架的固定点选择标准钟，并使空间所有相对静止点

21、上的钟与标准钟同步。选择不同的标准钟记录同一事件的时刻可能不同，但是两事件发生的先后顺序和时间间隔不会因钟的不同而改变。但是，当我们考察空间非相对静止点上的钟的时候，两事件发生的先后顺序仍然不会因钟的不同而改变，时间间隔却是不同的了！四、绝对静止参照系和惯性参照系狭义相对论认为，所有物体的运动都是相对的，所有惯性坐标系中都是平等的，绝对静止参照系是不存在的。在所有惯性坐标系中，一切物理定律相同，在反映物理规律的数学形式上保持不变。因而，你无法通过物理实验证明你所在的参照系与别的参照系有何区别。我认为，物体的运动既有相对性，也有绝对性，所有惯性坐标系中不是平等的，绝对静 止参照系是存在的，“相对

22、性原理”不具有普遍性，可以通过物理实验证明你所在的参照系与别的参照系有何区别。首先，运动的相对性大家都清楚，不必多说。关于运动的绝对性，我们来看一个简单的例子在地球上有一个正在旋转的陀螺，最大半径为5cm，相对太阳的转速为4圈/秒，陀螺作圆周运动的线速度为：v=r1.3（米/秒）。但是，如果以旋转的陀螺为参照系，太阳作圆周运动的线速度为V=R=1.5x101183.80x1012（米/秒）这一速度远大于光速。显然，我们不能把以上两种相对运动看成是等价的。其次，所有惯性坐标系中都不是平等的。例如：在远离一切力场的地方，有两个以相对速度u运动的惯性坐标系S 和S，对于固连在其上的观测者A和A而言，

23、到底是谁的“钟”走时更快呢？虽然这是一个理想实验，但我们必须回答以上问题而不可借故回避，就象伽利略的斜面惯性实验和爱因斯坦的电梯实验一样，不能因为他们是理想实验而否定其重大意义。要回答以上问题就必需要确定“绝对静止参照系”在地上观测，地球是一个精确度较高的“静止参照系”；在太阳系观测，太阳的中心是一个比地球精确度更高的“静止参照系”；在银河系观测，银河系质心是一个比太阳中心精确度更高的“静止参照系”；总星系的质心是一个比银河系质心精确度更高的“静止参照系”；随着时间的推移,人类的智慧不断提高,人们可以不断地继续寻找下去，得到越来越精确的“静止参照系”。也许，宇宙大爆炸的起点才是真正意义上的“绝

24、对静止参照系” 这是宇宙间唯一优越的惯性参照系。也许，凭着人类的智慧永远无法找到真正意义上的“绝对静止参照系”，但是，我们确信人类可以不断逼近“绝对静止参照系”，就象“绝对零度”和“理想气体”不可能达到一样，但我们可以不断逼近它。确定“绝对静止参照系”的意义在于，它有利于我们对物体的运动进行精确的描述。一旦确定了“绝对静止参照系”，我们就可以定义惯性坐标系了：凡是相对绝对静止参照系作匀速直线运动的参照系，就是惯性坐标系。在牛顿力学和相对论中，定义惯性坐标系时都存在循环逻辑的矛盾。有了近似的“绝对静止参照系”，我们就可以比较惯性坐标系S 和S的速度，比较两者中哪一个相对“绝对静止参照系”的速度教

25、大，则这个坐标系的“钟”走时较快。例如，从宇宙中高速飞向地球的子，比静止在地球上的子寿命更长；相对地球被加速（作高速匀速圆周运动）的子比静止在地球上的子寿命更长。五、“相对性原理”不具有普适性大自然既具有简单、和谐、统一的一面，也具有复杂、混乱、形式多样的一面。要求所有物理定律在一切坐标系中具有相同的形式（协变性），是人们美好的愿望，这是人类的主观要求，这种主观愿望必须服从于大自然的客观实际。因此，对于“相对性原理”不具有普适性的事实无须大惊小怪。我们知道，在不同惯性坐标系中观测，天空中飞鸟的运动轨迹，结果是不一样的，“飞鸟的运动轨迹”算不算是一种“物理规律”呢？在不同惯性坐标系中观测，物体的

26、坐标、长度、速度不同，同一事件所经历的时间间隔不同。下面我们将看到，在不同惯性坐标系中观测，物体的质量不同，物体所受的万有引力也不同。相比之下，一种真实的存在，比一种人们主观上要求的“协变性”更为重要。科学的任务正是使得我们建立的理论与“真实的存在”之间取得尽量小的误差。“自然、简单、和谐、统一”的科学美绝非大自然的客观真实，它属于意识范畴。六、关于光速不变原理从理论上看，麦克斯韦电磁理论要求光速不变；从实践上看，迈克尔-莫雷的光速实验说明光速不变。因而，从表面上看，狭义相对论的时空观就是“光速不变原理”的必然推论，其实应该倒过来说：正是“时间膨胀”这一原因，导致“光速不变”这一结果。因为，我

27、们只有定义了“时空”概念，才能得到“速度”的概念。所以，只要我们承认“时间膨胀”，对“光速不变”就不会感觉到奇怪。当然，我们还可以从以下角度对“光速不变”进行更深入的理解（1）? 静止质量为0的物体，其在真空中的速度必为c。c为物质运动的“极限”速度，它充当了“无穷大”的角色，因此静止质量为0的光子，它从静止加速到c是瞬间完成的（不需要时间）。当光子的运动速度达到c后，就不能再加速了，因为作用力的传播速度也被限制在c之内，这样就没有一个力能够从光子的背后作用于它。但是，力能够从光子的前面和侧面作用于它，故光子可以减速，也可以弯曲。（2）? 在真空中速度为c的物体，其静止质量必为0。物体的运动质

28、量与静止质量的关系满足下式：? m=m0/1-(u2/c)1/2如果物体静止质量不为0，当它在真空中速度为c时，其运动质量无穷大，而这是不可能的，所以在真空中速度为c的物体，其静止质量必为0。（3）? 静止质量为0的物体，惯性为零，保持原来运动状态的属性为零；例如，光子静止质量为0，当光源的运动速度为v时, 光子并不能保留原来运动状态v。光子的运动与光源不运动时的情况一模一样。另一方面，从运动学的角度看，运动具有相对性，即“观察者静止而光源的运动速度为v”，与“光源静止而观察者的运动速度为v”是等价的，因此，“光在真空中的速度恒为c,与光源的运动无关，与观察者的运动无关”。（4）? 光是波，当

29、波源靠近观察者时，波长变小，频率变大，但波长与频率的 乘积不变，等于c,即=c；当波源远离观察者时，波长变大，频率变小，但波长与频率的乘积不变，等于c,即=c。如果有一天人类发现宇宙中存在运动速度大于c的粒子，我们可以肯定它不是从静止加速而来的，而是它本来的运动速度就大于c，而且，它的运动速度永远无法降低到c。七、广义相对论的缺陷1、广义相对论“奇点”的存在广义相对论的引力场方程为? 这个方程是高度非线性的，一般不能严格求解。只有在对时空度规附加一些对称性或其他要求下，使方程大大简化，才有可能求出一些严格解。在引力场球对称的假定下，可以得到方程的史瓦西解显然，度规在=2MG/2和0处奇异（趋于

30、无穷大）。但是,=2MG/2处的奇异是由于坐标系带来的,可以通过适当的坐标系变换来避免。0处的奇点是本质的。在奇点上，时空曲率和物质密度都趋于无穷大，时空流形达到尽头。不仅在宇宙模型中起始的奇点是这样，在星体中引力坍缩终止的奇点也是这样。在奇点处，“一切科学预见都失去了效果”，没有时间，也没有空间。无穷大的出现显然是广义相对论的重大缺陷。另外，对于广义相对论的数学形式复杂性，世界着名物理学家波恩说：“它的形式复杂得可怕”。把时间和空间这两个具有完全不同抽象内涵和不同物理学量纲的概念同一化，带给人们的困惑和不解是无法挥之而去的，晚年的爱因斯坦不时流露对他那只时时需要加以校对的钟，和那把处处需要校

31、正的尺不满。2、广义相对论与量子理论不相容量子理论是非常完备的科学理论，而广义相对论和量子理论彼此间并不相容。 1920年，韦尔提出了一个将电磁场和引力场联系起来的电磁场几何化的理论，他的基本想法是：把电磁场与空间的局部度规不变性联系起来。韦尔的理论不仅没有得到学术界的认可，而且也与实验结果不符。之后，瑞尼契、惠勒、米斯纳等人也作了很多将电磁场几何化的尝试，都没有获得成功。人们也曾试图将引力场进行量子化，并从中寻求引力场与电磁场的本质联系，企图用量子论的方法实现引力场与电磁场的统一。电磁场的场量子是光子，类似地人们欲将量子化的引力场的场量子称为引力子。但经过几十年的努力，引力场的量子化尝试连连

32、失败。广义相对论运用数学工具“黎曼几何” 和“张量分析”得到“空间弯曲”的结论，但我认为，“弯曲的空间”只是一种运算符号，它没有物理意义，更不能描述真实的空间。例如，在分析简谐振动和简谐波的规律时，用复数进行运算的结果描述可以简谐量，但复数并不是简谐量，复数本身没有物理意义。又如，在量子力学中用“波函数” 进行运算能得到可观测量，但“波函数” 并不是可观测量，它本身没有物理意义。 八、对万有引力定律的改造显然，牛顿万有引力定律是有缺陷的，我们认为该定律是一个正确定律极好的近似。为了便于进行类比，我们来看一个电磁学现象在一个范围内，同时有一个恒定的电场和磁场(磁感应强度为B)，其中，电场由带电量

33、为-Q（场源）的均匀球体产生。距离球心r处，有一静止检验点电荷，带电量为+q（qQ），其对场源的影响可忽略不计。则点电荷不受磁场的作用， Fc=0；所受电场力（库仑力）为有心力，大小为Fe =Qq/4r2（10）如果点电荷以速度v运动，则所受电场力仍满足（1）式，同时，它还要受到磁场力（洛仑滋力）的作用，大小为Fc =Bqvsin（11）为B与v的夹角，洛仑滋力Fc不是有心力，其方向恒与速度v的方向垂直，由左手定则确定。可知，洛仑滋力Fc对点电荷不做功。万有引力F1=（GMm/r2）与（1）式很相似，因此，我们假定，在万有引力场中运动的物体，除受引力F1之外，同时受到另一个类似洛仑滋力力（暂称

34、为附加力）F2的作用，F2是速度v的函数，其方向恒与速度v的方向垂直，在v 与r构成的平面（密切面）之内，指向曲率中心一方，大小为F2=（GMmv2/r2c2）由此得到万有引力的精确表达式为F=（GMm/r2）1+（v2/c2）=（GMm/r2）+（GMmv2/r2c2）（12）其中，c为真空中的光速，m为物体的运动质量。m=m0/1-（v2/c2）1/2我们称第一项（GMm/r2）为爱因斯坦引力，第二项（GMmv2/r2c2）为附加力。 因为“相对性原理”不具有普适性，所以改造后的万有引力定律并不满足洛仑滋协变性，就是一种正常的现象。至此，我们已经完成了对万有引力定律的改造，下面对新理论进行

35、检验。九、对新时空理论的检验我认为，在考虑“引力场”和“变速运动”的情况下，时空仍然是平直的。1、太阳光谱线“红移”根据改造的万有引力定律和光的波粒二象性，就可以得到太阳光谱线“红移”的结果。当光子从太阳(r0=R)运动到地球(r=)时, 对于速度为c的光子, 太阳的爱因斯坦引力f1对光子作负功，地球的爱因斯坦引力F1对光子作正功, 太阳、地球附加力（F2）对光子不作功。f1引起光子的能量变化为E1=-f1dr=-GMm(1/r2)dr（光子的质量m变化很小，故可提到积分号外）以太阳为参照系，当光子从太阳(r=R)运动到地球(r=)时, 将r从r=R到r=积分得E1=-GMm/R 光子的能量E

36、=mc2=h, E1=h=-GMm/R? =-GMm/hRF1引起光子的能量变化为E2=F1dr=-GMm(1/r2)dr=-（GMm/r）+C以地球为参照系，当光子从太阳(r=)运动到地球(r=R)时, E2=GMm/RE2=h=-GMm/R? =-GMm/hR光子的能量总变化为E=E1+E2? =-GMm/R +GMm/R=Gm（M /R）-（M/R）相对而言，地球的引力比太阳的引力小很多，地球的质量与半径的比值（M/R），比太阳的质量与半径的比值（M /R）小4个数量级，故对光子能量总变化的主要贡献来自太阳的引力，EE1，=-GMm/hR而E= h0，0=E /h=mc2/ h/0=-G

37、M/Rc2=-2.12x10-6负号表示光从太阳运动到地球频率变小。这就是太阳光谱线“红移”的理论值。实际观测结果为 -2.12x10-6。对天狼星伴星光线的引力红移，理论值为/0=28x10-5我们必须注意，虽然新理论的结论与广义相对论一样，但原因却不相同。我们知道，光源的固有频率是指，相对光源静止的观测者检测到的光源所发出的光子的频率。例如，某原子的固有频率取决于该原子的能级结构，它是该原子的固有属性，与引力场的大小毫无关系。无论是黑洞、太阳、地球上的氢原子，还是遥远太空中远离引力场的氢原子，对于相对氢原子静止的观测者，它们在跃迁时所发出的频率大小都相同，等于氢原子的固有频率。如果光源远离

38、观测者，观测者检测到的光源所发出的光子的频率将变小（频率“红移”）这是多普勒效应，但是，广义相对论认为，太阳光谱线引力“红移” 的原因是：太阳表面的引力场比地球表面的引力场强，因而太阳表面的钟走得较慢，当用某种物质从太阳发出的光谱线的频率，与同一物质从地球发出的光谱线的频率进行比较时，结果是，从太阳发出的光谱线的频率较小（“红移”）。新理论认为，太阳光谱线“红移” 的原因是：从太阳表面的光子运动到地球时,由于其受到的力主要是来自于太阳的引力，而该引力对光子做负功，引起光子能量的减少，但光速大小不变，只能是光子频率减少了（E=h）。当用某种物质从太阳发出的光谱线的频率，与同一物质从地球发出的光谱

39、线的频率进行比较时，结果是，从太阳发出的光谱线的频率较小（“红移”）。 从太阳发出的光谱线到达地球的观测者，将同时产生多普勒“蓝移”效应。钟的快慢与固定在它之上的坐标系的速度和加速度有关，与观测者的坐标系有关，与它所处在的引力场强弱无关。2、地球光谱线“蓝移”1959年庞德等人在哈佛大学首次在地面上直接验证了引力频移。利用 在塔顶发射 射线，在塔底接收。塔高H为 。此实验在地面上，故可忽略太阳对光子的作用。地球的爱因斯坦引力F1对光子作正功,地球附加力（F2）对光子不作功。F1引起光子的能量变化为E1=F1dr=GMm(1/r2)dr=-（GMm/r）+C ， 将r 从（H+R）到R积分，E1

40、=（GMm）（1/R）-1/（R+H）在地面上，(GMm/R2)=mg, GM=gR2, E1=h=gHm/h1+（H/R）gHm/h? （H/R）1，而E= h0，0=E /h=mc2/ h/0=gH/c2=2.46x10-15这就是光谱线“蓝移”的理论值，表示光从塔高H为射到地球表面，光频率变大。实际观测结果为2.46x10-15。我们必须注意，虽然新理论的结论与广义相对论一样，但原因却不相同。广义相对论认为，射线“蓝移” 的原因是：塔高H为处的引力场比塔底的引力场弱，因而塔高H为处的钟走得较快，故在塔底接收来自射线的光谱线频率较大。新理论认为，射线“蓝移” 的原因是：从塔高H为处的射线运

41、动到塔底时,由于其受到的力主要是来自于地球的引力，而该引力对光子做正功，引起光子能量的增加，其相应的频率增大（E=h）。如果从塔底将射线射向塔高H为处,由于其受到的力主要是来自于地球的引力，而该引力对光子做负功，引起光子能量的减少，其相应的频率减少（E=h），出现“红移”现象。为了检验关于射线“蓝移”的正确与否，我们可以做两个实验（1）在珠慕朗玛峰大约8000米海拔高度，或者1万米高空的飞机上，原地测出（不要从高射向低，也不要从低射向高）以上射线的频率；（2）在广西的北海银滩原地测出以上射线的频率。如果在高低两处测出以上 射线的频率满足以下关系式（高处的频率较大）? /0=gH/c2则说明广义

42、相对论正确，否则错误。 3、恒星光线的偏折以遥远恒星光子的运动速度的前进方向为x轴负方向，建立平面坐标系x-o-y,在太阳引力场中，光子的运动速度非常大，运动质量m很小,它的偏角非常小, 光子在y轴方向的分运动速度非常小，所以F1sin+ F2=may=m(dvy/dt)F1=（GMm/r2），F2=（GMmv2/r2c2），对于光子，v=c，F2=（GMm/r2）F1与F2大小相等，但方向不同。光子在x轴方向的速度可以认为不变，为cdx/dtsindx=rd, sin=R/r（R为太阳半径，r为光子与太阳中心的距离），在t时刻，光子运动速度与x轴负方向的夹角为d,当光子从+远处运动到-远处时

43、（从而到），光子的总偏角为=(GM/Rc2)（sin+1）d=(2+)GM/Rc2=2.21919年5月,两组科学观测队分别进行第一次实际观测到, 恒星光线擦过太阳边缘到达地球的“总偏角”为1.98+0.30 和1.61+0.12。在各次日蚀中，至今已对400多颗恒星作了这种测量，观测数据的范围是从1.57 到2.37，平均值是1.89。4、水星的“附加进动”? 水星是离太阳最近的行星，它受太阳的引力场影响最大。实际观测表明，水星近日点的进动角为5600.73/百年,其中,根据牛顿理论得出的进动角为5557.62/百年(5025来源于天文坐标系的旋转,占89.7%；约532来源于其他行星的引力

44、摄动，占9.5%，)。用牛顿理论，无法解释多余的进动角(附加进动)43.11/百年(占0.8%)。在太阳引力作用下，质量为m的水星作椭圆运动（当分析附加力的方向时，可认为水星作圆周运动，附加力近似指向圆心），F（GMm/r2）1+（v2/c2），取单位制c=1，引力势为：V=（GM/r）1+v2水星轨道方为：? (1/2)(dr/dt)2=E+(L2/2r2)+(GM/r)+（GMv2/r）E为总能量， L=rv为单位质量的角动量。利用(d/dt)=L/r2把上式化为r对的微分方程?d2(1/r)/d2 +(1/r)=(GM/L2)+(3GM/r2)令u= GM/r,则得到轨道方程(d2u/d

45、2)+u=(GM/L)2+(3u2)(13)u =(GM/L)21+ecos+kesin(GM/L)21+ecos(1-3(GM/L)2 该轨道的近日点将发生进动，近日点进动的标志是: 1-3(GM/L)2=2n（n=0,1,2,3）,=2n/(1-3(GM/L)2) 2n (1+3(GM/L)2) 两个相邻的近日点方位角之差为=6(GM/L)2)代入水星数据，水星100年的“附加进动角”为: =43()实际观测结果为：=43.11 ,对于太阳系内的行星，都可认为作圆周运动，受到太阳的引力为F=（GMm/r2）1+（v2/c2）其中， m=m0/1-（v2/c2）1/2将下式展开，1/1-（v

46、2/c2）1/2F=（GMm0/r2）1+（3v2/2c2）+（7v4/8c4）+。当行星的公转速度vc,二阶及其以上的小量被忽略时， F（GMm0/r2），新理论还原为经典力学的引力。5、子和孪生子寿命实验表明，子静止时的平均寿命为2.197X10-6秒，如果使子在磁场中作高速圆周运动，发现其平均寿命变为26.69X10-6秒, 寿命延缓了12倍多，与狭义相对论的理论值相符。以上分析问题是以地球为参考系的。如果以固定在磁场中作高速圆周运动的物体作参考系，观测者看到，静止在地面上的子也是作高速圆周运动的，这样，静止在地面上的子平均寿命变为26.69X10-6秒, 寿命延缓了12倍多。从表面看，

47、以上两种结果似乎是矛盾的，实际上并不是如此。因为狭义相对论讨论问题被限制在惯性参考系范围之内，而速度只具有相对意义，但物体运动的加速度却有绝对的意义。当我们选择地球为近似惯性参考系的时候，即意味着，在磁场中作高速圆周运动子的加速度必须有绝对的意义。结论是：有绝对加速度的子的寿命延缓了，具体延缓了多少，与子相对地球的速度有关。同理，当我们选择地球为近似惯性参考系的时候，双生子中的哥哥以接近光速的速度乘坐飞艇到太空旅行，返回后发现他弟弟比他老了许多。那是因为哥哥启航和返航时相对惯性参考系有绝对加速度，故哥哥寿命延缓了，具体延缓了多少，与哥哥相对地球的速度有关。我们知道，在非惯性参考系（相对惯性参考系有加速度的参考系）中，要使经典力学定律仍然适用，必须引入惯性力的概念，而惯性力并不是一个真实的力，你根本无法知道惯性力的施力者是谁。虽然，相对非惯性参考系来说，惯性参考系是有加速度的，但在惯性参考系中却不能、也不需要引入惯性力的概念，这说明惯性参考系与非惯性参考系的地位是不平等的，物体运动的加速度有绝对的意义6、雷达波延迟? 在分析恒星的光线经过太阳表面被偏折的情况时，我们的新理论与广义相对论的结果是非常近似的。因而，在分析雷达波延迟的情况时，两者的结果也应该是非常近似的。不同的是，新理论认为，雷达波延迟是因为它经过星体表面附近时，受到星体引力发生偏折而多走了一段路程，但雷达