引力场屏蔽VS广义相对论

pwm · 发表于 2007-10-17 13:24:39

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内容提要：    根据物质惯性特性和引力特性测量所得的惯性质量与引力质量，由于引力场屏蔽，对恒星这样的大质量天体将有明显差异，由此规定了广义相对论只能在有限的空间范围内适用。 关键词：物质  惯性质量  引力质量  引力场屏蔽  广义相对论      （一）物质的惯性与引力特性     物质（matter）是构成任何物体（body）存在的依据。因此，本文也把物理学中被描述的物体表示成B(m)，它既包括宏观的任何机械客体，也包括微观粒子、原子及宇观的宇宙天体等等。     经验事实表明，B(m)的物质有以下两个重要特性：     1、当外力改变B(m)的运动状态时，物质要保持原来的运动状态而对变化表现出抗拒作用，对此就说是物质的惯性，即物质有惯性特性；     2、物质在真空要激发出对任何B(m)都构成吸引的物理场，物理描述中称是万有引力场，为此也就说物质有引力特性。     根据惯性（inertia）特性表现的强弱程度对物质的量度，就称是惯性质量，用表示，具体由牛顿第二定律定义：如果一个B(m)受F的外力时，运动速度的变化率是a，则B(m)的<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592112415986674.jpg" border="0" />     根据引力（gravitation）特性表现的强弱程度对物质的量度，也称是引力质量，用<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592112465994597.jpg" border="0" />表示，具体由万有引力定律定义：如果B(m)在距中心r处的空间位置激发了强度为g的引力场，则该B(m)的<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592113174325079.jpg" border="0" /> …………（2）(式中G是引力恒量)。     运动的B(m)要在不同的空间位置激发引力场，但在这种激发引力场的持续变动并不对（1）式的计算产生任何影响；即物质的引力特性不会对它的惯性特性产生影响。     有不同a的同一个B(m)，也并不会对（2）式的计算产生任何影响；即物质的惯性特性对它的引力特性也不会产生任何影响。     物质的引力特性与惯性特性相互独立；也即对同一个B（m），对<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592113321533434.jpg" border="0" />的测量相互独立。这也是它们上述定义公式给出的明确结论。     （二）宇宙天体的引力场屏蔽 <img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592113335363504.jpg" align="left" border="0" />    分析p、q两个正、负电荷的相互吸引：如图1所示，表示电场的电力线将终止于它们。这是因为正、负电荷在相互吸引中吸收了对方在真空激发的电场量子，把电场能转变成了自身运动的动能。它们各自激发的电场不能通过对方传播，对此就说正、负电荷屏蔽了使它们相互吸引的电场，这种现象就称是正负电荷的电场屏蔽。          基态原子对外界表现为无电荷的中性特性，其原因就是原子核与核外电子的电场屏蔽，而且它们的电场被全部屏蔽了。象基态原子这样物理场被完全屏蔽称是全域性屏蔽。     通过物理场的相互吸引都与正、负电荷的情形相同：参与作用的B(m)都要吸收对方激发出的物理场量子，场能都要转变成B(m)的动能，构成吸引的物理场也都不会通过B(m)传播。只要物理场在B(m)之间形成了相互吸引，必有B(m)的物理场被屏蔽。因此，在通过引力场构成引力作用的宇宙天体之间，也必然有引力场屏蔽。     对太阳与地球的引力场屏蔽，可以通过下述的定量分析用实验来验证。     图2是太阳与地球空间位置相互关系的表示：e、f点位于地球表面，e点在太阳与地球的连线上，f点在正对的另一侧。地球半径<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592113555316649.jpg" border="0" />太阳与地球的距离<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592114203665118.jpg" border="0" />地球与太阳的引力量用<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592114432537726.jpg" border="0" />表示，已知它们取值的比值是<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/20059211533166818.jpg" border="0" /> <img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592115123126226.jpg" align="left" border="0" />    规定实验用的B(m)的引力质量m很小，构成的引力场屏蔽可以忽略，它置于e点受到的力是地球与太阳各自吸引的差值，置于f点时由于太阳的引力场被地球屏蔽，受到的力只有地球的吸引力，因此有：<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/20059211515892129.jpg" border="0" />    即同一个实验B(m)在如图所示地球表面的不同位置，由引力场构成的引力有万分之六的差值，这应当较容易被测量。     天体激发的引力场各向同性，它不象粒子电荷的静电场那样具有严格的量子化特征，相互作用的天体引力场被屏蔽，只是对参与作用的这部分引力场而言。这种对部分物理场的屏蔽称是局域性屏蔽。太阳与地球的引力场屏蔽就是局域性的，因此在计算天体间的万有引力作用时，一般都不必考虑相关天体的引力场是否有被局域性屏蔽的情形。     （三）凝聚态B(m)内部引力场的屏蔽     现实世界的物质主要集中在原子核中。凝聚态B(m)内部，在每个分子固定的空间区域都有原子核。不同分子的原子核之间，也有引力场构成的相互吸引，同样有引力场屏蔽，这就是凝聚态B(m)内部引力场的屏蔽。     讨论一个球形B(m)，中心有一原子核A，它的径向截面积为S的分子中有一个原子核B，A、B之间有引力场屏蔽。一般原子核半径为<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/20059211517187493.jpg" border="0" />分子半径的<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592115183272437.jpg" border="0" />设B的截面积为Δs，这即是S中与A有引力场屏蔽的面积，与S的比值<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592115273737069.jpg" border="0" />     设有N个原子核刚好布满了整个S，则<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/20059211535371399.jpg" border="0" />表明在A的径向方向，连续N个分子径向排列就有可能使它传播到S的引力场被完全屏蔽。设N个分子连续径向排列的线度为<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/20059211537497535.jpg" border="0" />，<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592115475051787.jpg" border="0" />     对球形B(m)，若半径r =<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/20059211549833264.jpg" border="0" />，对居于中心的物质，激发的引力场就有可能被完全屏蔽在球体内，根据该B(m)外界引力场强度测量到的<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592115583593730.jpg" border="0" />将不包括居于中心的这些物质，因此会小于<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592115585558903.jpg" border="0" />；当然在r →<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592115591046714.jpg" border="0" />的条件下居于中心的物质，它激发的引力场也有可能部分“漏”出去传播到外部空间，<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592115594583117.jpg" border="0" />也有可能仍等于<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/2005921160948188.jpg" border="0" />。因此，对球形B(m)，<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592116112683945.jpg" border="0" />可以看成是<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592115583593730.jpg" border="0" />等于<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592115585558903.jpg" border="0" />的临界半径。     地球的平均半径是<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592116205826512.jpg" border="0" />正好与<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592116112683945.jpg" border="0" />是同一数量级，表明地球的<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592115594583117.jpg" border="0" />有小于<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/2005921160948188.jpg" border="0" />的可能，但具有不确定性。因此，在一般情况下，仍可以认为地球的<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592115594583117.jpg" border="0" />与<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/2005921160948188.jpg" border="0" />是相等的。显然，对半径小于<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592116112683945.jpg" border="0" />的天体，以及宏观的机械客体和微观的B(m)，其<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592115594583117.jpg" border="0" />与<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/2005921160948188.jpg" border="0" />将严格相等；对太阳这样的大质量天体，它们的半径一般都高出<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592116112683945.jpg" border="0" />几个数量级，<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592115594583117.jpg" border="0" />与<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/2005921160948188.jpg" border="0" />将会有不可忽略的明显差异。     （四）宇宙天体的引力内聚能     考察氢原子中质子与电子的电场屏蔽，电场能转化成了粒子动能，形成了与所有动能绝对值相等的负的电势能；因为这种负势能与动能实现了从粒子到原子的聚合，就称是原子的电场内聚能。     对某个宇宙天体，设想它由一个中心物质团块和若干外壳物质团块组成，中心物质团块用<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592116281686582.jpg" border="0" />表示，任意的一个外壳物质团块<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/20059211630225340.jpg" border="0" />表示， <img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592116281686582.jpg" border="0" />与<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/20059211630225340.jpg" border="0" />间也有引力场屏蔽，与氢原子的情形一样，引力场能也转化成了这些B(m)的动能，形成了与所有动能绝对值相等的负的引力势能；因为这些负势能与动能实现了从物质团块到天体的聚合，也就称是宇宙天体的引力内聚能。     设在地球位置太阳激发的引力场强度是<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592116394782521.jpg" border="0" />，地球的表面附近，地球激发的引力场强度是<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592116394782521.jpg" border="0" />，用p表示<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592116394782521.jpg" border="0" />与<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592116492682947.jpg" border="0" />的比值，根据本文（二）给出的有关取值：<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592116502391846.jpg" border="0" />     地球的地质结构研究表明，地壳的最大厚度仅约80km，即使假定地球 <img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592116521425006.jpg" border="0" />的<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592115594583117.jpg" border="0" />仅是地球<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592116525910609.jpg" border="0" />的百分之一，半径<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592116543886914.jpg" border="0" />仅是地球半径的十分之一，它激发的引力场强度<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/20059211656640570.jpg" border="0" />相当，而太阳可以通过<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592116492682947.jpg" border="0" />使地球运动，引力场能可以转化成地球巨大的动能，在地球的组成中，通过<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592116572264279.jpg" border="0" />同样可以使<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592116281686582.jpg" border="0" />与<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/20059211630225340.jpg" border="0" />运动，引力场能同样可以转化成它们的动能。即地球的引力内聚能也同样包括了不同物质团块的动能，地球壳层的若干<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/20059211630225340.jpg" border="0" />同样要发生相对运动。这就是地球表壳各个板块永无休止做定向运动的原因。 <img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592116591913648.jpg" align="right" border="0" />    组成地球的<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592116281686582.jpg" border="0" />与<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/20059211630225340.jpg" border="0" />是紧靠在一起的，为了增强直观效果把<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592116281686582.jpg" border="0" />与某一个<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/20059211630225340.jpg" border="0" />用图3的方式分开表示。假定太阳在图示y的方向上，<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592116281686582.jpg" border="0" />左侧y的负方向也称是地球的背面。根据上述对<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/20059211712950959.jpg" border="0" />的分析可以认为，<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/20059211721610364.jpg" border="0" />应大于<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/20059211725770053.jpg" border="0" />，考虑 <img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/20059211630225340.jpg" border="0" />对<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/20059211725770053.jpg" border="0" />的屏蔽，不计<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/20059211725770053.jpg" border="0" />对<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/20059211630225340.jpg" border="0" />的影响，<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592116281686582.jpg" border="0" />的向心加速度<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/20059211743114002.jpg" border="0" />,<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/20059211630225340.jpg" border="0" />的向心加速度<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/20059211753738430.jpg" border="0" />，<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/20059211762448840.jpg" border="0" />；在地球背面y的负方向，地球对<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/20059211725770053.jpg" border="0" />的屏蔽，<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592116281686582.jpg" border="0" />与<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/20059211630225340.jpg" border="0" />的向心加速度均应等于<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/20059211721610364.jpg" border="0" />。                             根据力学知识，B(m)的向心加速度越大，它的转动也就越快，上述对向心加速度的分析说明，地球中心物质团块似一个巨大的转动轮，相对于地壳的转动要快一些，即 <img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592116281686582.jpg" border="0" />的自转快于<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/20059211630225340.jpg" border="0" />。这正是哥伦比亚大学的科学家们通过研究地震资料证实了的事实（《解读宇宙之谜》131页，新疆人民出版社2003年版）。     （五）两个引力疑难问题的谜底     引力现象中，有两个用现有引力理论完全不能理解的疑难，但若考虑了引力场屏蔽，它们的谜底就昭然若揭了。     1、日全蚀地球上重力低谷现象的构成原因。     日全蚀中，月亮居于地球与太阳之间，它对太阳的引力场构成了屏蔽，使得在日蚀本影区内，由月球对地球的吸引力<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/20059211792352796.jpg" border="0" />，取代了太阳对地球的吸引力<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/20059211795390639.jpg" border="0" />。根据己知的观测值，很容易得到<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592117102022831.jpg" border="0" />     日蚀本影区的半径r约50km。日蚀中，在半径为r的区域，地球受到的力作用有显著的减小，必然要构成自身转动的异常变化，而且这种变化只能朝着地球受力减小的方向进行，从而就构成了日全蚀地球上重力的低谷现象。     容易理解，在日蚀本影区域内，因地球受力显著减小构成的自身转动异常变化，其表现的方式不仅与本影区形成的位置有关，也还与我们观测的方式有关。因此，在地球的不同区域、用不同的方式去观察日全蚀时地球的重力低谷现象，将会有不同的结果。     2、先驱号飞船绕太阳飞行时，表现出了有多余的向心加速度。     以飞船与太阳组成的系统为对象。设飞船的质量为<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592117113017959.jpg" border="0" />，绕转速度为<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592117115628407.jpg" border="0" />，太阳的质量为<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592117125143591.jpg" border="0" />，绕转速度为<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592117123199829.jpg" border="0" />，系统的重力势能为<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592117132668827.jpg" border="0" />。由能量守恒：<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/20059211714362867.jpg" border="0" />    由动量守恒：<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592117143360659.jpg" border="0" />     由（3）、（4）式得：<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592117153395683.jpg" border="0" />     对太阳，它的惯性质量用<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/2005921160948188.jpg" border="0" />表示，引力质量用<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592115583593730.jpg" border="0" />表示；由本文（三）的讨论，<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/2005921160948188.jpg" border="0" />><img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592115583593730.jpg" border="0" />；     在（5）式中，<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592117125143591.jpg" border="0" />取<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/2005921160948188.jpg" border="0" />时飞船速度用<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592117185871965.jpg" border="0" />表示，取<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592115583593730.jpg" border="0" />时飞船速度用<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592117194183418.jpg" border="0" />表示，容易得<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592117185871965.jpg" border="0" />><img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592117194183418.jpg" border="0" />；     飞船真实的向心加速度<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592117234987715.jpg" border="0" />，用引力公式计算的向心加速度<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592117242788155.jpg" border="0" />，显然<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592117252442964.jpg" border="0" />。即飞船实际的向心加速度要大于用引力公式计算的理论值，表现出了有多余的向心加速度。     由于<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592117272186969.jpg" border="0" />的取值很小，<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592117281879570.jpg" border="0" />的差值又并不大，因此<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592117285635405.jpg" border="0" />差值将非常的小。    （六）广义相对论的适用范围     假定某B(m)的 <img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592117293486766.jpg" border="0" />，它在近地空间的地球引力场中自由下落的加速为a，则有：<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592117305078951.jpg" border="0" />     这一结论表明：重力场中自由下落的实验室内，惯性力不能与重力的效果抵消，力学现象与在没有引力场的惯性系内的观测将不会完全相同，这就直接导致了构建广义相对论的广义相对性原理失效。即对<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592117313384268.jpg" border="0" />的B(m)，它受引力运动的力学规律不能用广义相对论做具体表述。     由本文(三)的讨论，对近地空间的所有B(m)，不论是微观的还是宏观的，<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592117322196260.jpg" border="0" />均严格相等，还有半径等于或小于Do 的所有天体，<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592117322196260.jpg" border="0" />也都可以看成是相等。即近地空间B(m)受引力运动的力学规律，以及太阳系内行星与卫星受引力运动的力学规律，都可以用广义相对论做很好的表述，上述设想的在近地空间自由下落的B(m)、其<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592117331220575.jpg" border="0" />的情形，完全是为了说明问题的需要假定的，它只对半径远大于Do 的天体有效。     对半径远大于Do 的天体，其<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592117343867252.jpg" border="0" />的取值差异不可忽略；对星系这样的宇宙组成单位，不仅有众多恒星及星系核的<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/200592117334768245.jpg" border="0" />，大量恒星的引力场屏蔽也必将有使<img src="http://www.scichi.com/new/duzhe/uppic/20059211735988928.jpg" border="0" />减小的效果。因此，恒星受引力运动的力学规律、以及宇宙空间星系受其它星系引力运动的力学规律，均不能用广义相对论做具体表述。     综上所述，广义相对论只能在有限的空间范围内适用，在星系及以星系为单位的宇宙空间范围内将不再适用。     （七）进一步的说明与讨论     对本文涉及的问题，进一步做以下的说明与讨论：     1、陈绍光先生在《谁引爆了宇宙》（四川科学技术出版社2003年10月出版）一书中，也详细地讨论了引力场屏蔽，该书列举了世界物理学家的一系列实验事实（见65至78页）；这些均无可争辩地表明，在宇宙的引力作用中，引力场屏蔽是真实存在的客观事实；     2、广义相对论中：惯性质量与引力质量、以及对广义相对性原理的论证分析，涉及的所有物理量的取值，均是以思想实验中的测量为依据；因此，既然引力场屏蔽要使引力质量在测量中减小了，这必然就会对以测量为依据的广义相对论构成影响；     论证广义相对性原理的思想实验时，爱因斯坦并没有考虑引力场屏蔽，实际又存在引力场屏蔽，他的分析论证理所当然就存在不可忽视的缺陷；     3、广义相对论在星系及以星系为单位的宇宙空间范围内不再适用，因此它自然也就不能用来解决诸如宇宙该走向何方之类的宇宙学问题；在宇宙学领域的研究中，我们非常有必要重新审视建立在广义相对论基础之上的现代宇宙学理论所描述的一切；     4、作者在《真空信息论》（新疆人民出版社2000年11月出版）一书的论述中，也具体得了宇宙星系中引力质量小于惯性质量（见该书189页）、光子经大质量天体附近径迹要向天体一侧弯曲（见该书520页）的结果，还具体给出了光子运动的宇宙学红移产生的原因（见该书517页），并由此精确计算了引力恒量G的取值。该书的结论是：弯曲时空并不是引力作用的本来面貌；对引力场及引力作用，广义相对论只具有等效描述的表观意义，并没有揭示出引力场及引力作用本质是什么；广义相对论把引力作用等效成时空弯曲，只在有限的空间范围内有效的。

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引力场屏蔽VS广义相对论

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