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引力波（上）

2018/06/28   维加斯新闻报
刘文旺

       本文包括三个内容：1、空间的物质性，阐述牛顿和爱因斯坦都没有解决的引力载体的物质性。即使是爱因斯坦也没有回答,太阳是怎样使远离太阳本体的时空发生弯曲的（这个问题至今无人提及why?）；2、空间的维度问题，多维空间本是为了解决粒子物理中的发散问题，解决四种相互作用统一问题的数学方法中诞生的，并认为这些维的空间还处于卷曲状态，而不是真的存在多维空间。这与量子理论中的平行宇宙观点是不同的；3、引力波的物质性及对发现引力波的诠释。

       1、空间的物质性

       爱因斯坦狭义相对论诞生后，相对论的相对时空观取代了牛顿的绝对时空观。在狭义相对论中时空的大小与观测者的运动有关、与光速的大小有关。当光速是无穷大时，相对论洛伦兹变换，转化为伽利略变换；相对论时空观转化为经典意义下的绝对时空观。

       后来，爱因斯坦为了把惯性系中的狭义相对论时空观应用到引力理论，提出了强等效原理。模仿伽利略解释相对性原理，爱因斯坦认为，在一个看不见外面的参考系中，如果观察者受到力的作用，无论通过力学、电磁学等实验手段，他都不能区分出他的参考系究竟是静止在地球引力场中，还是在做加速运动。也就是说，万有引力和惯性力是等效的。在这个假设基础上，借助于黎曼几何爱因斯坦建立了广义相对论的引力场方程。

       不过，这里存在诸多的问题：

       传递力的问题仍没有解决。

       当年牛顿发现万有引力后，关于万有引力是怎样从太阳传到地球上的，牛顿没有解决。后来，爱因斯坦在建立广义相对论后，发现有质量存在的空间不再是牛顿移意义的欧几里得空间，而是非欧几何空间。行星环绕太阳的运动不是在引力作用下完成的，而是在太阳的质量造成的弯曲的空间中运动。后来，爱丁顿的实验证明了光线的引力弯曲现象，人们在庆贺之余却忽略了同样的问题——太阳的质量怎样使在远离太阳的区域产生时空弯曲的。

       我们知道，光波是横波，传播速度极大。为了解释光的高速运动，就必须认为空间是具有非常强的恢复力的弹性介质。

       那么让空间发生形变的难度有多大？我们知道，让一块钢板发生弯曲、凹陷这样的形变已经很困难了，但让空间发生同样形变的难度约是钢板的1032倍。

       这个数字在牛顿看来是无穷大，是不可弯曲的。但爱因斯的理论坦告诉我们，不管使空间弯曲有多难，它总有一个度。总能在有质量存在时，实现空间的弯曲。

       当然，这种思维来源于狭义相对论。我们知道，在狭义相对论中运动的物体存在钟慢尺缩现象。当爱因斯坦把惯性系中的理论拓展到非惯性系后，发现，有质量存在的空间是按照运动尺缩的方式弯曲的。也就是说，这种时空的弯曲根本不需要外力，因此，这种时空的弯曲也就与材料的性质没有关系——在我们的周围可能存在各种物质，但是，无论是狭义相对论中运动物体的尺缩还是存在质量的空间的弯曲，与材料的性质无关。

       这与我们的常识是不相容的，尤其是这里发生弯曲的空间的本性是什么？空间为什么能约束天体的运动？空间也是有我们熟知的原子、分子等物质构成的吗？若是，为什么没有在这些天体的前方对宇宙中天体的运动产生阻力？

       我们知道，物体间的作用总是相互的，行星在太阳造成的​​弯曲的空间中运动时，其离心力会作用于空间。由于离心力等于引力，行星的离心力会等值地作用于所在的空间，从而使之不再弯曲而成为标准的平直空间。因此，行星的运动就会偏离现有的运动轨道。而此不是事实。

       太阳的质量是怎样使周围空间弯曲的？空间具有极强的刚度，要使空间发生弯曲必须有某种作用力的存在才行。因此，假如真的存在太阳质量的力场造成空间弯曲，它应该同时作用于处于同一空间的行星。这样，一方面，天体本身也应该发生弯曲——完成跟轨道等曲率的香蕉型；另一方面，若既考虑空间的弯曲，又考虑这种作用的存在，所有行星的现有轨道都将改变，而此不是事实！

       特别让人不能接受的是，由于进动的存在，所有行星沿非闭合的轨道运动——存在进动那么这种空间的弯曲不具有确定的形状吗？行星沿椭圆运动、尤其是有些彗星沿抛物线轨道运动，太阳引起的空间弯曲究竟是怎样的图形？为什么能容这些天体任意穿行？我们每天都在空间里任意穿行，我们为什么没有感觉到刚性空间的存在？

       无论是地球上见到的太阳发出的光还是地球发出的光，都不沿着地球弯曲轨道运动。这是为什么？

       我们知道，月球是在地球的引力场作用下运动的，按广义相对论的观点，月球应该在地球的引力场造成的弯曲的空间中运动。这就产生了一个问题，为什么月球逐渐远离我们——200年前，天文学家就根据日月食的资料发现月亮绕地球旋转的轨道在逐渐变大，也就是说，月亮在逐渐远离地球。现代的精密观测证实了这个观点，并且计算出，近年来月球正以每年3厘米的速度在远离地球！还有，先驱者卫星的异常加速现象。这都是相对论的空间弯曲理论所不能解释的。

       我们地球上的人本身就生活在这个刚性弯曲的空间中，然而，我们却能在地球表面向任意方向运动，我们为什么感知不到刚性弯曲空间的存在？我们地球人可以自由自在地向任意高度，任意方向发射卫星，这些，卫星的运动与太阳造成的​​确定钢性的空间轨道是不相容的。河流、大气、雨、雪等自由地运动着，这刚性弯曲的空间在哪里？漫天的雪花可以在地球表面自由自在地降落、轻盈的蒲公英随意在田野中飞翔，刚性的空间在哪里？

       我们知道，在经典理论中，力场强度满足平方反比律。因此，假如这是一种空间弯曲的话。那么我们会发现一个深层次的问题——空间弯曲是不均匀的。在宇宙中存在无数的天体，这些天体本身就是一个空间陷阱。这样的话，从这里经过的天体、光线就不会沿直线运动。而且发生弯曲的空间也会影响光速。我们知道，在广义相对论中，光速与引力场有关，引力场越强的产生的引力势越强，光速越快——C/=C(1+Ф/C2)，其中C/为光子在引力势为Ф处的光速。这样，在宇宙空间穿行的光子的运动方向、运动速度都是变化的.在这种情况下，狭义相对论是不成立的。理由很简单，洛伦兹变换成立的前提就是光速不变。光速可变是不能推导出洛伦兹变换的。

       但是十分遗憾的是，狭义相对论的所有结论都存在与广义相对论中。正是因为有了钟慢尺缩，才有了存在质量的空间是弯曲的空间。因此，爱因斯坦借助于同学格罗斯曼的帮助下，用黎曼几何建立了广义相对论。

       相对论对空间的认识性错误还不止这些。

       在相对论的框架下，在宏观低速的经典物理学中，我们所处的空间可以近似看成欧式空间；在涉及到广义相对论效应时，时空要用黎曼几何。

       当我们把钟慢尺缩的时空观用来描述引力场时，发现空间是弯曲的。借此，爱因斯坦利用黎曼几何建立了广义相对论。这里存在换概念的现象。我们分析如下：

       狭义相对论的钟慢尺缩，使存在质量的时空变成弯曲的时空：例如，在一个旋转的圆盘上，由于线速度的存在会使其周长变短：L=L/[1-( v/c)]1/2，而r不变造成L=2πr中的π会变小，三角形内角和小于1800。因此，有质量存在时，符合狭义相对论的时空是弯曲的。借此，爱因斯坦建立了广义相对论。

       另一方面，在旋转的圆盘中，周长变短造成π变小，三角形内角和小于1800。这对应的是罗巴切夫斯基几何，而不是黎曼几何，黎曼几何中三角形内角和大于1800。能用黎曼几何，描述罗巴切夫斯基空间吗？

       答案显然是否定的！

       那么，爱因斯坦为什么要这样做那？

       我们实际生活的空间就是一个球的外表面，因此，这样的空间图像，明摆着是黎曼几何的形状，因此，若存在时空的弯曲，则选择的集合并然是黎曼几何。而不可能是双曲型的罗巴切夫斯基空间。因此，爱因斯坦选择了黎曼几何创建了广义相对论。

       但这又明显地于狭义相对论矛盾。运动物体的尺缩现象，必然使原版的周长减小，从而使π值减小，除非出现运动物体造成尺胀现象。

       这种不可调和的矛盾，说明了狭义相对论是错误的。而广义相对论是在狭义相对论的基础上建立起来的，因此，狭义相对论的错误，使广义相对论失去了存在的前提。

       这里分分明明的事实是：钟慢尺缩的时空观，会使质量存在的空间成为弯曲的罗巴切夫斯基空间，爱因斯坦怎能用黎曼几何描述罗巴切夫斯基空间那？

       我们知道，相互作用共有四种：强相互作用、弱相互作用、电磁相互作用和引力相互作用。现代的科学家在追求四种相互作用的统一。这就生一个问题，质量可以引起空间的弯曲，其它相互作用为什么不可以呢？

       核力是一种非常强的相互作用，它会不会引起时空的弯曲？弱相互作用力会不会引起时空弯曲？若核力引起时空的弯曲，则会影响原子核中核子之间的电磁相互作用强度的大小。由于核力非常强大，因此会引起原子核时空的极度弯曲。核力是万有引力的1040倍，因此，在原子核中的空间弯曲，应该是我们熟知时空弯曲的1040倍。由于库伦相互作用是平方反比力，空间的压缩会使相互作用增加。这样原子核中核子之间的电磁相互作用应该增加相同的数量级——变为原来的1040倍，这样就比核力还强大1037倍。因此，原子核中的核力根本就不能约束质子之间的斥力。原子核的稳定性、原子核的结合能会对现有数值发生明显的偏离。绝不会出现质子与中子的数量比接近1/1的稳定条件的存在。稳定的原子核中，中子数一定会占更大的比例。而此不是事实。弱相互作用的强度也远大于万有引力，尤其是其作用距离更短，这一相互作用引起的时空弯曲，也远大于我们熟知的由质量引起的时空弯曲，电磁相互作用应该明显增加，同样会影响粒子的衰变过程，例如，在正反粒子对的产生过程中，拥有电荷的粒子对的产生率，应该由于库仑相互作用的存在而减小，中性粒子的产生率明显占有优势，而此不是事实。在这个世界上，质子、中子、重子、超子都是由带有电荷的夸克组成的，原子又是在核子构成的原子核的基础上，结合带电的电子构成的。这个世界主要是由带电粒子构成的。中微子数量很多，但不是构成这个世界的主体。这怎么解释？

       爱因斯坦在专利局中建立了狭义相对论后，并没有引起物理学界的注意。但是，爱丁顿的观测实验改变了爱因斯坦的命运，也改变了物理世界的格局。

       在相对论里，光子在引力场中的速度为：C/=C(1+Ф/C2)，其中C/为光子在引力势为Ф处的光速，按照惠更斯原理，光速的变化必然伴有光线的弯曲。据此，爱因斯坦得出的偏转角为：α=2G0M/c2Δ，对于太阳这一弯曲是0.83秒。在考虑了空间的弯曲后，计算的弯曲是α=4G0M/c2Δ，从而得出太阳产生的弯曲是1.7秒。

       与此同时，英国爱丁顿正在建立恒星演化理论，需要一个引力理论解释星云的收缩。当他听到爱因斯坦的理论后，非常兴奋。于是不顾两国还处于交战状态，他成立了两个观测小组，测量日食时光线的弯曲，以此来证明爱因斯坦的引力理论。

       结果是：去普林西比岛的数值是：1.61±0.30秒；去索布腊尔观测的数值是：1.98±0.12秒。从而“证明”了广义相对论的预言：1.7秒。爱丁顿的实验，引起了物理学界、天文学界的巨大震撼。特别是在 “泰晤士报”等转播媒体的作用下，爱因斯坦和他的相对论从此闯进了物理世界。

       按相对论，光子拥有能量，因此拥有质量但是为什么按光子的质量m=hν/c2与太阳的引力相互作用得不出1.7秒的弯曲！这是为什么。

       爱因斯坦在1916年的《狭义相对论与广义相对论浅说》中，对发现的光线1.7秒的弯曲的解释是：“这个偏转一半是由于太阳的牛顿引力场造成的；另一半是太阳导致的空间几何形变（弯曲）造成的。”这就产生了一个问题，若在计算太阳系中行星的运动轨道时，同时考了牛顿引力场的作用，和这个引力场造成的空间弯曲这两个相等的效应，则所有的行星受到的总作用力会加倍。这样，包括我们地球在内，所有行星的运动轨道就不会在现在的位置。但这不是事实，太阳系中的行星仍然在其轨道上稳定地运动着。

       历史学家认为，爱丁顿的数据歪打正着地证明了相对论。我看问题不这么简单，这个实验数据需要数月的时间处理吗？在索布腊尔一共拍摄了26张底片，其中19张由一架天体照相仪拍摄，质量较差；7张由另一架望远镜拍摄，质量较好。然而按照后7张底片计算出来的光线偏折数值，远远大于爱因斯坦预言的值。

       爱丁顿之后，不同的科学家测量光线的引力弯曲结果相差很大。根本就不能用广义相对论来解释。

       特别是现代精确的天文观测表明：光线的弯曲与光线频率有关。这与广义相对论不相容。这充分体现了光线的弯曲是折射、衍射等物理过程造成的。

       因此，这个实验的结果显示了两个问题：一是，爱丁顿为了建立恒星演化模型急需一个引力理论，这是可以理解的。但是，作为科学家爱丁顿实验结果的真实性是值得商榷的；另一方面，这个实验实际上否定了爱因斯坦的相对论。

       另外，现有对水星的进动的解释，是由广义相对论和牛顿理论共同完成的，不是完全按照广义相对论公式计算的。

       水星每一百年近日点偏转角为5600.73±0.41秒，减去地球岁差的5029″，余额571.73″为水星的百年进动。根据牛顿理论计算，金星、地球、木星等其他行星综合作用产生的进动为528.62″，余额571.73″－528.62″＝43.11″。按相对论计算，太阳引起的每百年进动43.03秒。因此，对水星进动的解释，大部分是用牛顿理论完成，小部分是用相对论完成的。

       证明广义相对论否定牛顿理论，就应该彻底用广义相对论计算，这样才能让人信服。我们分析如下：

       我们就做这样的尝试：

       首先，由于天体引起的时空弯曲较弱，特别是质量小的行星。我们做一些列的放大效果处理：

       太阳系有8大行星，除了水星外还有7颗行星，其中以木星的质量最大，是太阳质量的千分之一，为太阳系中其它七大行星质量总和的2.5倍。我们做一个放大的计算：为了计算的方便，我们假设除了水星外还有10颗行星，他们的质量都等于木星的质量，且都位于木星的轨道上——称之为假象木星，则这个假象木星的质量是太阳质量的1%；从太阳的角度看，在100个地球年内，水星转约415圈。由于木星的公转周期是11.86年，约12年，这样，在100个地球年内，木星刚刚转过100/12圈，大约是8圈。这样，在100个地球年内，水星在木星的面前经过约415-8=407次，我们再放大一次，每经过一次改为一圈。

       水星的进动公式有不同的形式，我们采用王仁川著的《广义相对论引论》中的公式：

       Δφ=N6πGM/H

       其中，N为环绕圈数，G为万有引力常数、M为引力体质量、H为轨道半长轴。

       通过计算我们得到的结论是，太阳系中其他行星引起的水星进动只有0.0314″

       即有：Δφ=0.0314″

       在这样的假设下，计算出的结果应该是放大了的结果。但是，我们发现这个放大了的数值只有约0.0314″。571.73″－0.0314″＝571.6986″，而按照广义相对论计算出的太阳引起的进动，只有43.03″，与所需要的数值571.6986″差了528.6686 ″这就完全否定了广义相对论本身。

       我们得到的这个假象木星产生的进动值很小，这是必然的。就连太阳这样巨大质量的天体，使距离只有0.387天文单位的水星才产生了43.03″这个假象木星的质量只有太阳的0.01倍，这样小的质量产生的空间弯曲当然更小，产生的进动值当然小。而按相对论理论计算，太阳引起的水星进动是43.03″，而根据牛顿理论计算，金星、地球、木星等其他行星综合作用产生的进动为528.62″，是太阳引起进动数值的12.3倍。

       这显然是一个错误的结论。要知道太阳才是太阳系行星运动的主宰者。

       此外，由我们这里计算得到的太阳系中其他行星对水星进动的影响0.0314″加上爱因斯坦计算出的太阳对水星进动的影响43.03″才只有43.0614″这与减去地球岁差的5029″后的余额571.73″相差528.6686″。也就是说，应用爱因斯坦的广义相对论根本就解释不了水星的进动问题。

       其实，岁差常数的任何微小变化，如万分之一的变化，都会影响这一验证结果，而此变化是完全可能的！

       有兴趣的朋友可以自己算一下，太阳体系中行星的运动参数是现成存在的，广义相对论的进动公式也是现成的，怎么就没有进行这样的计算哪？ ！现代的科学家太相信爱因斯坦了。我们要像物理学之父——伽利略那样，在科学探索过程中，要敢于连自己的妈妈都踢上两脚的小马驹。而不是，人云亦云。这是违背科学精神的。

       敢于质疑是科学家的基本素质。

       牛顿虽然在光学上提倡微粒说，反对胡克、惠更斯的光波动学说。但他也借助以太的稀疏和压缩来解释光的反射和折射。在发现万有引力后，牛顿本人不赞成超距作用但又找不到传递万有引力的媒介物，因此，他也借助于以太来解决这一问题。他认为以太传递了物体间的万有引力相互作用、电磁相互作用等。完全一样地，爱因斯坦也认为引力不是超距作用。在狭义相对论中，爱因斯坦抛弃了以太，但是，为了解决超距作用的问题，他相信以太的存在，不过他只是认为以太是一种空间弯曲的度规。这体现了其矛盾的思想及对引力使空间弯曲的一种无奈的解释。度规是什么，只是一个数学概念。它不是物质不能传递相互作用，更不是传播光的介质。

       看来，关于引力相互作用，无论是牛顿理论还是爱因斯坦的广义相对论，都没有解决这种相互作用的传递问题。从根本上说，这是没有解决这一相互作用的产生原因，而转嫁于空间，但又没有解决空间的本性问题。

       另外，在现代的理论中一般认为不同的相互作用有不同传递粒子。在这样的理论中，传递质量引力的被称为引力子，这是用一种自旋为2的波色子。但是，自从这个概念诞生以来，人们从没有发现这个粒子。

       一般认为，我们的宇宙是从一次大爆炸中产生的。在这次大爆炸中的极高温度环境下，诞生了包括构成我们身体的各种元素。但是，我们目前的高能粒子对撞机中产生的温度已经高于宇宙大爆炸使得温度，但是为什么见不到引力子出现呢？

       尤其是，宇宙中的粒子基本上是由正物质粒子构成的，但在高能物理实验中，我们见到的则是正反粒子总是等数量出现的。这也需要解释。为了解释这一现象，科学家们又找到了空间。认为是真空造成的自发破缺现象。

       1956年，李政道和杨振宁在深入细致地研究了各种因素之后，大胆地断言，“θ-τ”粒子在弱相互作用下宇称是不守恒的。

       随后，吴健雄在极低温(0.01K)下用强磁场把一套装置中的钴60原子核自旋方向转向左旋，把另一装置中的钴60原子核自旋方向转向右旋，这两套装置中的钴60互为镜像。实验结果表明，这两套装置中的钴60放射出来的电子数有很大差异，而且电子放射的方向也不能互相对称。实验结果证实了弱相互作用中的宇称不守恒。

       这一思想的源头是相对论量子理论的诞生，在狄拉克创建的相对论量子力学中，真空并不空，含有大量的正反粒子对。

       我认为这是一种借口，是对客观存在事实不能给出解释，而提出的一种假设。真空中含有大量的正反粒子对与光子的相互转化过程，若是真空与实验室中的粒子发生相互作用，则这种相互作用对正反粒子应该是平等的，除非真空本身俱有不对称性，从而造成，正反粒子中总是某一粒子的寿命少于另一个粒子；总有一个质量大于另一个粒子；总有一个粒子的电荷大于另一个粒子的电荷。并且，这种差别的大小具有确定的数值。

       在粒子物理中，一般用“自发破缺”的概念来描述，在粒子反应中出现的对称性消失现象。实在找不到产生这种现象的原因，就找到了真空，有理论家认为真空中有物质，有的认为真空中的以太造成这一现象。其实即便是真空造成的，这种正反粒子的不对称性也应该具有随机性，使得正反粒子之间的质量、电荷、寿命的差异存在不确定性，而此不是事实。

       粒子拥有不同的质量、电荷、寿命等。如电子的质量是反电子的1.002倍？而且总是电子的质量大于反电子的质量，为什么会这样？正反μ粒子的电荷为什么不相等？正反粒子的寿命为什么不同？

       尤其是，由于真空的作用，使正反粒子对拥有不等的质量与电荷，这就产生了一个问题，为什么在发生正反粒子对的湮灭的过程中，正反粒子对能实现100%的湮灭？不等的电荷、不等的质量是怎样消失的？