天體的附加進動

1、天體的附加進動譚 強相對論和量子論是二十世紀人類認識自然的兩個最偉大的科學(xué)成果。相對論不僅揭示了物質(zhì)在高速狀態(tài)下的性質(zhì)及運動規(guī)律，而且成功地用幾何化的方法描述了引力場，使人們認識到引力場只不過是一種時空彎曲，彎曲的時空使引力場中的物質(zhì)改變其運動狀態(tài)，表現(xiàn)出引力。廣義相對論是關(guān)于引力場的理論，它表明，物質(zhì)的存在將使其周圍的真空產(chǎn)生不均勻的變形，使四維時空成為彎曲空間，歐氏幾何將不再適用于引力場，而需代之以黎曼幾何一種非歐氏幾何和非歐氏空間。無能量存在的真空是平直的，是一種三維的歐氏空間，但當真空具有能量時，真空即發(fā)生彎曲變形，此時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

2、，而應(yīng)代之以黎曼幾何。 愛因斯坦的廣義相對論用幾何化的方法描述引力場是成功的，已經(jīng)揭示了引力場的幾何本質(zhì)。但是，廣義相對論也有缺陷。一、廣義相對論的缺陷（一）“奇點”的存在愛因斯坦在廣義相對論中所建立的引力場方程為： 這個方程是高度非線性的，一般不能嚴格求解。只有在對時空度規(guī)附加一些對稱性或其他要求下，使方程大大簡化，才有可能求出一些嚴格解。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=2MG/2和0處奇異（趨于無窮大）。但是,=2MG/2處的奇異是由于坐標系帶來的,可以通過適當?shù)淖鴺讼底儞Q來避免。0處的奇點是本質(zhì)的。在奇點上，時空曲率和物質(zhì)密度都趨于無

3、窮大，時空流形達到盡頭。不僅在宇宙模型中起始的奇點是這樣，在星體中引力坍縮終止的奇點也是這樣。在奇點處，“一切科學(xué)預(yù)見都失去了效果”，沒有時間，也沒有空間。無窮大的出現(xiàn)顯然是廣義相對論的重大缺陷。另外，對于廣義相對論的復(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”。（二）廣義相對論與量子理論不相容量子理論是非常完備的科學(xué)理論，而廣義相對論和量子理論彼此間并不相容。 1920年，韋爾提出了一個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)界的認可，而且也與實驗結(jié)果不符。之后，瑞尼契、惠勒、米斯納等人也作了很

4、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。 （三）廣義相對論與實踐的矛盾與我們相距2000光年之遙的“DI海格立斯雙星進動”問題，近年來一直困擾著天文學(xué)界。美國賓西法尼亞州Villanova大學(xué)的兩位天文學(xué)家愛德華·吉南和弗蘭克·馬洛尼，根據(jù)八十四年觀測到的3000多個軌道歷史數(shù)據(jù)，分析該雙星運行規(guī)律，計算出其累計進動值為0.64度。但是，如果按照愛

5、因斯坦廣義相對論的理論公式進行計算，得出的理論進動值為2.34度，這與實際觀察值相差很大！談到廣義相對論時，愛因斯坦說：“這理論主要吸引人的地方在于邏輯上的完備性。從它推出的許多結(jié)論中，只要有一個被證明是錯誤的，它就必須被拋棄；要對它進行修改而不摧毀其整個結(jié)構(gòu)，那似乎是不可能的?！? 二、虛假引力場“狹義相對論”只考慮“勻直線速運動”的慣性參照系，并且不考慮“引力場”對物體的作用這是一種特殊情況。在考慮“引力場”和“變速運動”的情況下，“狹義相對論”不再適用。 (一) 虛假引力場 真空中的庫侖定律公式F=（1/4）Qq/r2,與牛頓萬有引力定律公式F=GMm/r2

6、極相似。我們知道，運動的電荷除了產(chǎn)生電場外, 還產(chǎn)生磁場。為此，我們提出假設(shè)：宇宙中的一切物體，除產(chǎn)生“牛頓萬有引力”之外，還產(chǎn)生“虛假引力”。“虛假引力”（F） 的大小與質(zhì)量的乘積（Mm）成正比，與距離的平方（r2）成反比，F(xiàn)=Mm/r2 （為虛假引力常數(shù)），其方向與“牛頓萬有引力”的方向垂直。正象我們不知道虛擬的“慣性力”是什么原因引起的一樣，我們也不知道“虛假引力場”是什么原因引起的。但是我們知道，引入“慣性力”之后，可以使得在非慣性坐標系中牛頓第二定律成立。同理，引入 “虛假引力場” 之后，我們可以合理地解釋星體的“附加進動”。 （二）角頻率差異 經(jīng)典物理認為，在靜

7、止（慣性）參照系觀測，物體作圓周運動的角頻率為=2f，在運動（慣性）參照系觀測，物體作圓周運動的角頻率為=2f，在以上不同的（慣性）參照系觀測,物體作圓周運動的角頻率沒有差異，即=-=2f=0 考慮“引力場”和“變速運動”的非慣性參照系之后，在“虛假引力場”的作用下，在不同的非慣性參照系觀測，“檢驗粒子”在中心引力場作用下作圓周運動時，角頻率有差異，0假設(shè)二:考慮“引力場”和“變速運動”的綜合效應(yīng)，在不同的慣性參照系觀測，“檢驗粒子” 在引力場作用下作圓周運動的角頻率差異不再是=2f，而是=2=（2）2f設(shè)L為圓周長，R為圓半徑，則(L/R)=2，上式可以寫為： =(L/R)(1)假設(shè)三:如果

8、既考慮中心質(zhì)量的“引力場”作用,也考慮其他星球的“引力場”作用，“檢驗粒子”將作橢圓運動。我們將(1)式推廣為更具有普遍意義的角頻率差異表達式:=(L/a)(2)其中，L為橢圓的周長，a為橢圓的半長徑。我認為，角頻率差異，就是“檢驗粒子”作橢圓運動的“附加進動角速度”。 （三）“壇薔定律” 設(shè)T和T分別為在不同參照系觀測“檢驗粒子”作橢圓運動的周期。根據(jù)洛倫茲時間變換得：T/T=1-(v/c) 2-1/2=1+(v 2/2c2)+(3v 4/8c4)+所以，(T-T)/ T= (T/T)-1=1-(v/c) 2-1/2-1=(v 2/2c2)+(3v 4/8c4)+頻率差f

9、= f-f=(T-T)/TT=(v 2/2c2)+(3v 4/8c4)+/ T角頻率差異為：=(L/a)= (L/a) 2f=2(L/a)1-(v/c) 2-1/2-1/T=2(L/T)(v 2/2c2)+(3v 4/8c4)+/a,設(shè)“檢驗粒子”作橢圓運動的平均線速度為v=L/T，則“檢驗粒子”的“附加進動角速度”為：=(2v/a)1-(v/c) 2-1/2-1(3)(3)式稱為“壇薔定律”，它反映了“檢驗粒子” 的“附加進動”情況。將(3)式展開,則=2(v 3/2c2)+(3v 5/8c4)+/a，當v<<c時，略去展開式(3v 5/8c4)之后的小量，“自由粒子”的“附加進

10、動”角速度的近似表達式為：V3/ac2(4) “壇薔定律”是在我們假定角速度=(L/a)的基礎(chǔ)上建立起來的。我們只是建立了“壇薔定律”，而不是從數(shù)學(xué)上將它推導(dǎo)出來，它的正確性是由在各種具體情況下，從“壇薔定律”得出的結(jié)論與實驗結(jié)果相比較來驗證的。我認為，萬有引力是真正的力，“虛假引力”并不是真正的力，它只是造成了行星的“附加進動”。根據(jù)(4)式可知，自由粒子的“附加進動”線速度為：v=r= r(2v/a) 1-(v/c) 2-1/2-1 2自由粒子的“附加進動”加速度為：a=v=r2=r(2v/a) 21-(v/c) 2-1/2-1 2 根據(jù)萬有引力F=(GMm/r2) = mV2/r,“虛假

11、引力”的大小為：F2=ma=rm(2v/a) 21-(v/c) 2-1/2-1 2 r mV3/ac2 = (GMm/r2) (GM/ac2) 2 = (Mm/r2) 其中，=G (GM/ac2) 2通常認為，波是媒質(zhì)中的一種擾動，然而量子力學(xué)中沒有媒質(zhì)，從某種意義上說，量子力學(xué)中根本就沒有波?！安ê瘮?shù)”只是我們對系統(tǒng)信息的一種陳述。 同樣，從某種意義上說，根本就沒有“彎曲的空間”?！皬澢目臻g”只是我們對系統(tǒng)信息的一種陳述。虛假引力是虛構(gòu)的，但是，由它導(dǎo)致的“天體附加進動”卻是客觀存在的現(xiàn)象，而不是虛構(gòu)的，它可以被人類用這樣或那樣的手段觀測到。三、天體的“附加進動”1、太陽光譜線“紅移”根據(jù)

12、牛頓萬有引力和光的波粒二相性，就可以得到太陽光譜線“紅移”的結(jié)果。由于太陽附近的鐘變慢，從那里射過來的氫原子光譜線會向紅端移動。對于速度為C的光子, 牛頓萬有引力F引起光子的能量變化為：E=Fdr=GMm(1/r2)dr=GMm(1/r)-(1/r0) (5)光波能量和頻率的關(guān)系為：E=h, 從“粒子”的角度看，一個光子的能量為E=mc2所以,光子的運動質(zhì)量為 m=h/c2,(5)式可以寫為：(-0)/0=/0=GM(1/r)-(1/r0)/c2當光子從太陽(r0=R)運動到地球(r=)時, /0=-GM/Rc2=-2.12x10-6這就是光的“紅移”值。實際觀測結(jié)果為 -2.12x10-6&

13、#160; 2、天體的“附加進動”（1） （1）           水星的“附加進動”水星是離太陽最近的行星，它受太陽的引力場影響最大。實際觀測表明，水星近日點的進動角為5600.73"/百年,其中,根據(jù)牛頓理論得出的進動角為5557.62"/百年(5025"來源于天文坐標系的旋轉(zhuǎn),占89.7%；約532"來源于其他行星的引力攝動，占9.5%，)。用牛頓理論，無法解釋多余的進動角(附加進動)43.11"/百年(占0.8%)。對于水星：公轉(zhuǎn)平均速

14、度V=4.79x104(m/s), 橢圓軌道半長軸a=5.79x1010(m)，偏心率e=0.2056, 公轉(zhuǎn)周期T=87.97(天)，t=100（年），光速c=2.9979x108(m/s),萬有引力恒量G=6.67x10-11，按“愛因斯坦廣義相對論”計算，水星每公轉(zhuǎn)一周，近日點的進動量為：=6GM/c2a(1-e2)=6x3.14x6.67x10-11x1.99x1030/5.79x1010x8.9874x1016(1-0.20562)=5.01785x10-7(弧度)=0.1034608(")100年間，水星公轉(zhuǎn)的圈數(shù)為：n=100x365/87.97，水星100年的“附加進

15、動角”為: =0.1034608x100x365/87.97=42.93(")用“壇薔定律”計算，水星100年的近日點“附加進動角”為: =tV3/ac2=100x365x24x60x60x3.14x4.793x1012/5.79x1010x 8.9874x1016=2.0914x10-4(弧度)=43.12(")實際觀測結(jié)果為：=43.11" ,  (2)金星的“附加進動”對于金星：V=3.5x104(m/s),a=1.082x1011(m)，t=100年用“壇薔定律”計算，金星100年的“附加進動角”為: =tV3/ac2=8.98"“愛因

16、斯坦廣義相對論”的理論值為8.64"，實際觀測結(jié)果為：= 8.4"； (3)地球的“附加進動”對于地球：V=2.98x104(m/s),a=1.5x1011(m)，t=100年用“壇薔定律”計算，地球100年的“附加進動角”為:=tV3/ac2=4" “愛因斯坦廣義相對論”的理論值為3.84"；實際觀測結(jié)果為：= 5"  (4)火星的“附加進動”火星公轉(zhuǎn)橢圓軌半長軸a=2.28x1011(m), 火星公轉(zhuǎn)橢圓軌道的偏心率e=0.0934,v=2.4077x104(m/s),t=100年, 太陽質(zhì)量M=1.99x1030kg,火星公轉(zhuǎn)周

17、期T=686.96(天)用“壇薔定律”計算，火星100年的“附加進動角”為: =tV3/ac2=100x365x24x60x60x3.14x2.40773x1012/2.28x1011x 8.9874x1016=6.745x10-6(弧度)=1.39(")用“愛因斯坦廣義相對論”計算，火星100年的“附加進動角”為1.35" (5)“DI海格立斯雙星” 的“附加進動”對于與我們相距2000光年之遙的“DI海格立斯雙星” ：V=1.6X105(m/s),a=3.27X1010（m），t=84(年)用“壇薔定律”計算，“DI海格立斯雙星”84年的“附加進動角” 為： =tV3/

18、ac2=0.66（度）實際觀測結(jié)果為：=0.64度，“愛因斯坦廣義相對論”的理論值為=2.34度，其理論與實際觀測結(jié)果相去甚遠！3、 PSR191316脈沖雙星的附加進動1974年，赫爾斯和泰勒教授發(fā)現(xiàn)第一個射電脈沖雙星PSR191316，它的軌道偏心率e=0.617, (最大軌道速度)Vm=3x105(m/s)， t=1（年,） 質(zhì)量M1=2.8059x1030kg, M2 =2.8258x1030kg， 公轉(zhuǎn)軌道周期T=7.75(小時)，脈沖星橢圓軌道半長軸a太陽的半徑R=6.96X108 (米)用“壇薔定律”計算，脈沖雙星1年的相對“附加進動角”為: =tV3/ac2=365x24x60

19、x60x3.14x27x1015/6.96X108 x9x1016=0.04268(弧度)=2.45(度)用“愛因斯坦廣義相對論”計算，脈沖星每公轉(zhuǎn)一周，它的“附加進動量” 為：=6GM/c2a(1-e2)1年間，脈沖星公轉(zhuǎn)的圈數(shù)為：n=24x365/7.75=1130.3(圈)脈沖雙星1年的相對“附加進動角”為: A=A(24x365/7.75)=24x365x6x3.14xx6.67x10-11x2.8059x1030/7.75x9x1016x0.619x6.96X108=0.01028(弧度)=0.59(度)兩者進行比較,哪一個更接近實際觀測結(jié)果呢? 4、PSRJ07373039 A/B

20、 脈沖雙星的附加進動2003年4月,發(fā)現(xiàn)脈沖雙星PSRJ07373039A/B，（A）PSRJ07373039脈沖A星橢圓軌道的偏心率e=0.088, t=1年, 軌道周期T1=2.4(小時), 軌道平均速度V=3x105(m/s), A星自轉(zhuǎn)周期T2=22毫秒, 太陽質(zhì)量M=1.99x1030kg, B星質(zhì)量MB= 2.49 x1030kg, 實際觀測，脈沖A星橢圓軌道半長軸為a=8X108(米),用“壇薔定律”計算，PSRJ07373039脈沖A星1年的相對“附加進動角”為: A=tV3/ac2 =365x24x60x60x3.14x33x1015/8X108 x 8.9874x1016

21、=3.719x10-2(弧度) =3.719x10-2/4.85x10-6(”)=7668(”)=2.13(度)用“愛因斯坦廣義相對論”計算，脈沖雙星PSRJ07373039A A星每公轉(zhuǎn)一周，“附加進動量” 為：A =6GMB/c2a(1-e2)一年間,PSRJ07373039A/B脈沖雙星,A星公轉(zhuǎn)的圈數(shù)為：n=365x24/2.4=3650(圈),脈沖A星1年的“附加進動角”為: A=3650A=3650x6GMB/c2a(1-e2), =3650x6x3.14x6.67x10-11x2.49x1030/9x1016x8X108 x 0.992256=1.5986x10-1(弧度)=1.5986x10-1/4.85x10-6(”)=32961(”)=9.16(度)兩者進行比較,哪一個更接近實際觀測結(jié)果呢?(B)PSRJ07373039脈沖B星