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爱因斯坦时空相对论质疑

Zhenqiang Huang 黄振强

（Email：kexuetansuoze@126.com。1954年生，大学，地质专业高级工程师。

现在福建化工地质勘察院从事地质勘察工作，业余从事冷核聚变和新现代物理学研究）

Abstracts

Paper abstract the photon wave-particle duality characteristic which discovered according to Einstein, by the Newton law of universal gravitation, the union photon energy formula, calculated the solar gravitational field to the photon gravitation, causes the photon kinematic trajectory curving angle is also 1.7424 ". Has further proven the high speed mobile launch electromagnetic wave, because the Doppler effect electromagnetic wave will have cyclical and the wave length change, moreover with Einsteins time and the spatial relative variable result is completely consistent.

Key word: The space and time theory of relativity, the photon kinematic trajectory, the track is curving, Doppler effect.

论文摘要

根据爱因斯坦发现的光子波粒二像性特征，由牛顿万有引力定律，结合光子能量公式，推算出太阳引力场对光子的引力作用，使光子运动轨道弯曲的角度也是1.7424″。进一步论证了高速运动物体发射的电磁波，因多普勒效应电磁波会产生周期和波长的变化，而且与爱因斯坦的时间和空间相对变化结果完全相同。

关键词: 时空相对论，光子运动轨道，轨道弯曲，多普勒效应.

1. 爱因斯坦相对时空观诞生的物理学历史背景

1905年，爱因斯坦从普朗克为解释黑体辐射实验设想的基本量子能量中受到启发，在光电效应研究中确立了光的波粒二像性。在洛仑兹公式变换的基础上创立了狭义相对论。1916年又完成了广义相对论。（请注意：相对论的先决条件是光速不变性，即观测者和光源之间如果存在相对运动，光速仍不变。）当时物理学界对光的认识还较肤浅，仅知道光是波长极短的电磁波，而且认定电磁波是横波，只能在固体介质中传播。“以太”如果不是固体，是否存在已无关紧要。真空中的光速是常数。至于光源运动产生的多普勒频移，未给予足够的重视。光到底是微粒还是波？仍未最后定论。

2. 万有引力场对光线弯曲作用的牛顿力学分析

我们知道，万有引力场对包括粒子在内的所有物体，都会产生引力。令光子运动质量为m_γ，作为一个粒子沿波动、进动螺旋线轨道运动，见图1，（详见笔者专著P13）。

图1. 光子沿波动、进动圆柱螺旋线轨道运动中形成电磁波原理示意图

由牛顿力学，见图2，令太阳质量为M_⊙，则由牛顿万有引力定律得：

图2. 光子绕太阳进动轨道

（1-2）、（1-3）两式对于学过牛顿力学的人都知道，是万有引力定律表达式。（1-1）式是光子在太阳为中心的万有引力场作用下沿进动轨道运动时的动量矩守恒公式。我们为了使模型直观和分析方便，先假设其圆锥面截线为椭圆轨道。当动量矩为常数时，光子受太阳万有引力场的引力作用方向将沿进动轨道半径指向太阳的中心。由万有引力定律证明，（1-1）式中的动量矩H为常数，所以，（1-2）、（1-3）式自然成立。

由（1-1）式，令光子进动的角速度为：

(2)

令 ，则 ，代入（2）式，得：

(3)

由图2和（3）式，光子的径向速度v_r（）和加速度a_r（）分别为：

(4)

(5)

将（3）、（5）式代入（1-2）式整理得：

(6)

令

代入（6）式，解（6）式微分方程得：

(7)

令 （7）式表示为：

（8）

这是大家所熟悉的圆锥面截线轨道运动方程。

图3. 光子在太阳万有引力场作用下的进动轨道弯曲角度计算示意图

由万有引力定律和（8）式，可以看出：光子动能W_γm将远大于引力势能W_γg，W_γm>> W_γg，所以，E_θ>>1，光子的进动轨道只能是双曲线，见图3。

令光子沿进动方向、半径方向及轨道切线方向的运动速度分别为v_θ、v_r、v_c，由（1-1）、（2）、（3）、（4）、（7）、（8）式得：

光子沿进动的双曲线轨道运动的动能W_rm，由(9)方程组和牛顿力学得：

(10)

光子沿进动双曲线轨道运动中，在太阳万有引力作用下的引力势能为W_γg，由万有引力定律（1-2）式得：

(11)

光子在太阳引力场作用下的总能量△W_γc，显然应为其动能和引力势能之和。由（10）、（11）式，得：

(12)

下面，我们由牛顿万有引力定律来计算光子作为一个普通粒子，从无穷远处经过太阳的表面，再射到地球的表面时，在太阳万有引力场的作用下，光子进动轨道应该弯曲的角度α值。

由天文观测数据，太阳的质量M_⊙=1.989×10³⁰Kg，半径R_θ1=6.9599×10⁸m，太阳与地球的距离L_⊙d＝1.496×10¹¹m 。计算模型见图3。

首先，令光子掠过太阳表面时的速度v_θ = v_c＝c ，表面切点位置θ₁＝0，R_θ1=6.9599×10⁸m。将上述数据代入（7）、（8）式得：P=3.28033488×10¹⁴， C₁=1.436799204×10^-9，E_θ=471318.2546。

令R_θ2= L_⊙d＝1.496×10¹¹m ，将上述的P=3.28033488×10¹⁴，E_θ=471318.2546值代入（8）式得：θ₂＝89.73356062 ^○ 。光子进动轨道弯曲的幅度△L_⊙d ，弯曲的角度α，由图3即可看出简化的计算方程为：

（13）

（14）

1911年，爱因斯坦最初计算出光线掠过太阳表面发生偏转的角度也是0.83″，1915年，他将其更正为1.73″。后来英国的日全蚀观测队证实了这个预言，由此一举成名。

那么，α弯曲角度值为什么会相差近一倍呢？为什么爱因斯坦第二次又作了更正呢？原因就出在光子本身的特殊性上。由量子物理和相对论，光子波动进动的运动轨道应该是圆柱螺旋线，波动和进动两个方向的速度都是光速，合速度就是，见图1，能量。由牛顿力学，见（10）式，光子的动能应是，（它只考虑进动方向），二者刚好相差一倍。范且，牛顿力学中的物体质量是指静止质量，而光子的波动、进动速度都为常数c，没有静止的质量。所以，我们直接以量子物理和能量相对论、将（4）式的推导过程和牛顿力学中的光子动能公式比较，必须使光子相对太阳的相互作用的引力场强度翻倍，才能使光子的牛顿动能翻倍为。为此，等于在（1-2）式两边都乘以2，变为：

（15）

同理，将（4）、（5）式代入（15）式整理得：

(16)

令

代入（16）式，解（16）式微分方程得：

(17)

令 （17）式也表示为：

（18）

这也是大家所熟悉的圆锥面截线轨道运动方程。

同理，首先，令光子掠过太阳表面时的速度v_θ = v_c＝c ，表面切点位置θ_r1＝0，R_θr1=6.9599×10⁸m。将上述数据代入（17）、（18）式得：

P_r=1.64016744×10¹⁴， E_θr=235658.6273

令R_θr2= L_⊙rd＝1.496×10¹¹m ，将上述的P_r=1.64016744×10¹⁴， E_θr=235658.6273

值代入（18）式得：θ_r2＝89.73368162 ^○ 。光子进动轨道弯曲的幅度△L_⊙rd ，弯曲的角度α_r值，由图3也可看出简化的计算方程为：

（19）

（20）

3. 爱因斯坦相对时间和空间的适用范围

自爱因斯坦在光电效应的研究中提出光子具有波粒二像性的论断以来，可以确认，100年过去了，整个国际科学界在一切的实验研究中，都得到证实。现在，我们不得不面对这样一个敏感问题：光子经过的路程形成的光线是必须把它作为包括周围的空间合适呢？还是应该只代表光子作为一个粒子的进动轨道更合适？在太阳万有引力场作用下发生进动轨道的弯曲现象，能代表周围的空间弯曲吗？同理，所有的天体，不论质量和万有引力场强度大小，对光子和所有其它天体的引力作用，也都只能产生粒子和其它天体的进动轨道弯曲现象，而决不是所谓的空间弯曲！

图4. 运动光源的光谱多普勒频移和波长、频率变化示意图

今天，我们已经知道运动光源会发生多普勒频移的物理本质。光子的进动波长与频率的乘积是光速c，为常数。（光子波动和进动的轨道波长完全相等，为了更直观论证相对空间和时间的本质，这里特地讨论光子进动方向的轨道波长）。见图4，如果运动物体C在A 、B两点间的连线上，AB线与x轴平行，运动物体C向B点运动。此时无论任何瞬间从该物体向A、B两点发出的光，当它射向A点时，频率减少，波长增长；当它射向B点时，频率增加，波长缩短。而光子的进动轨道波长与频率的乘积是光速c，仍为常数。设物体C运动速度为v，频移后的光谱频率为，因， ，令光谱的周期，由电磁波的相对论多普勒频移效应得：

（21）

由（21）式，频移后的光谱波长为：

（22）

同理，光速c通过频移后的光子进动方向每个波长所需要的周期为：

（23）

将（22）、（23）两式中的光子相对进动轨道波长、周期与相对论中的相对空间和相对时间关系式比较：

显然，它们是完全相同的。由此即可推断：爱因斯坦的相对空间，就是运动光源发生多普勒频移变化后的光子在进动方向的轨道波长。相对时间就是光速c通过每一个轨道波长时所需要的相对时间（周期）。我们再来分析图4所示的高速运动物体C，无论在A、B之间的任何位置，只要它能够瞬间静止，或减速至静止，由（22）、（23）式即可看出：它与A、B两点之间的绝对空间和时间的关系，仍然是牛顿的绝对时间和空间。而且，还可以进一步看出：静止的A、B两点如果分别向正在高速运动的C点发出的光，无论C点在A、B之间的任何位置，当光到达C点期间，均不会发生多普勒频移；（读者只要进行如下推导就明白了：如果A、B之间不存在高速运动的物体C，那么从静止的A、B两点相互发出的光在A、B之间的传播都不会发生多普勒频移。当A、B之间存在高速运动的物体C时，那么从静止的A、B两点相互发出的光在C物体旁边通过和撞上C物体之前，同样都不会发生多普勒频移；）AC和CB之间的空间和光速通过需要的时间都是牛顿的绝对空间和时间。所以，爱因斯坦时空相对论本质问题就出在高速运动的物体发出的光谱多普勒频移变化后的光子进动方向的轨道波长、光速c通过每一个轨道波长时所需要的时间（周期），与牛顿物体静止时的绝对空间和时间混为一谈！

结论：

综合上述论证，太阳万有引力场对光子的引力作用，使光子运动轨道弯曲的角度也是1.7424″，不是爱氏的空间弯曲。高速运动物体发射的电磁波，因多普勒效应只能使电磁波产生周期和波长的变化，与爱氏的时间和空间相对变化结果完全相同。不会对牛顿原有的绝对时间、空间产生任何影响。

参考文献：

① B M Yauorsky A A Detlaf 现代物理学手册 1982

② 林忠四郎、早川辛男、 宇宙物理学 科学出版社 1978

⑤ 何香涛 观测宇宙学 科学出版社 2002

《现代物理学经典粒子量子化轨道运动模型通解》 黄振强 2005.1

本篇论文主要摘录于本书的第28章。

物理学专著详见Email: gw49060527jy82@yahoo.com.cn 开箱密码：276894。

或见山风工作室网站：www.sea3000.net/huangzhenqiang

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