张树润 （zhangwt72@163.com）　2008.04.18 09:54:30

引力波的测试

摘要：引力波不同于声波和电磁波，不能用测量声波和电磁波的方法来测量引力波。我们已经证明了引力场麦克斯韦方程，韦伯引力探测器不能正确的探测引力波，本文推出弹簧振子探测法，可以探测引力波。

关键词：引力波 弹簧振子 韦伯引力波探测器

Measure of gravitation wave

Author：Zhang Shu-run

Abstract:

Gravitation wave is different with sound wave and electromagnetic wave.

We have proved gravitation site Maxwell equation. J.Weber gravitation detector can not is correct survey gravitation wave.This paper make spring harmonic oscillator，can survey gravitation wave.

Keyword: gravitation wave spring vibrator J.Weber gravitation wave detector

电荷被加速时会发出电磁辐射，有质量的物体做加速时就会发出引力辐射。物体做圆周运动，它的速度也是变化的，做加速度运动。

运动物体的引力波与电磁波一样也是横波，也存在一种类似于磁场的场，垂直于物体运动方向和引力场的加速度h，

我们设g为万有引力场，引力加速度。h为相当电磁场的磁场的加速度。

其中g是引力加速度。h 垂直于g，宇宙旋转就是由加速度 h 所引起的。宇宙飞船轨道的偏移也是由h引起的。引力波如图-1所示。

图-1

h这项在牛顿物理学和广义相对论中都没有。我们写出了上述引力波方程，如何测量引力波，过去成了历史上的老大难。由于引力波的振幅是引力加速度g，设被测星球的质量为M，g = GM/r² 如果被测星球距离我们r趋于无限大，g趋于零，所以遥远的星球我们非常难测到它的g。

过去人们大多数使用的共振质量探测仪是由巨大的圆柱形铝棒构成。当引力波经过铝棒时，铝棒的长度将有所改变。铝棒会从引力波中吸收能量并产生振动。铝棒周围的感应器将检测到这些振动并将它们转化为可供分析的电信号。然而至今没有确切的说法。

引力波不同于声波、电磁波。据有关资料描述引力波：想象成投入池塘中的石头引起的水波可能会帮助理解。当石头投入水面时，在石头周围的水就立刻被扰动，并且扰动会从那里传播到其他地方。相似的，大质量物体的质量或者速度的突然改变会扰动周围的时空，然后这些扰动会用引力波的形式传播出去。

（一）韦伯引力波探测器测量不出引力波

引力波对物体的作用一般讲：当引力波在空间中传播的时候，它们会引起时空的变化。这就意味着物体的形状会由于引力波的通过而发生震荡。想象一束引力波通过一本书时候的情景：那本书会先被伸长，再被缩短，如此反复。在一个给定的时间内，书的厚度会增加，而书的高度会减少。韦伯引力波探测器就是根据这种错误的理论设计的。约瑟夫·韦伯在六十年代后期搭建了第一个共振质量探测仪。之后也有许多人搭建了类似的探测仪，但至今仍末成功探测到引力波。如图-3所示：θ角是引力波传播方向和铝棒轴线夹角，韦伯引力波探测器是直径Φ96厘米，长L 151厘米铝制圆柱体。

图-2 韦伯引力探测器原理图。

为什么韦伯引力探测器测不到引力波，因为实物物体的长短不受微弱的引力场的影响，我在《论证十维空间》论文里论述过这种现象，组成实物物体的基本粒子的性质是微观空间的范畴。韦泊不知道存在微观空间。在宏观空间中存在引力场，在断续的微观空间中不存在引力常为什么测不出“尺缩”？这和非连续的微观空间有关，在微观空间X_4，5，6中的实物粒子的时间间隔和尺度不变，微观空间X_4，5，6不受物体的运动的影响，在断续的微观空间中不存在引力场，是非相对论的。阿佛加德罗常数不变，不存在物体在运动中改变晶格常数而改变晶体结构，石墨变成不了金刚石。由实物粒子组成的实物物体在运动时长短不会改变，实物物体不存在“尺缩”现象。引力场是连续场，引力场进不到断续的微观空间中，连续的引力场只能在连续的宏观空间中，在连续的宏观空间中强大的引力场的改变，使物体之间组织结构改变了，是应力和应变关系。微弱的引力场是不会改变物体组织结构的，也不会改变物体的长短。手摸石墨，石墨变不成金刚石。在高压力下，石墨改变了晶体结构而变成了金刚石。

引力波通过韦伯引力波探测器的圆柱形铝棒时，铝棒不会伸长和缩短。在材料力学中，验棒（实物物体）的拉伸和压缩必需两端受力，或一端固定另一端受力。韦伯引力波探测器的圆柱形铝棒两端不固定，即便一端受力也不会改变其长度。

（二）我们做一个试验装置，见图-3，弹簧谐振子法，它可以测量出引力波。

图-3

在图-3中，做一个吊有质量为M球体的摆，绕圆形轨道旋转；质量为m的圆球后设弹簧，弹簧固定在O点上。

我们通过上述试验装置，可以看到当M球体旋转到B点时，m球体移动向B点，弹簧伸长，当M球体旋转到C点时，m球体移动向C点，弹簧被压缩而缩短。m球是作简谐运动。如果弹簧没有固定点，这时弹簧的长度不会改变。弹簧谐振子测出的结果是M球体发出的引力波。

对图-3的验证，我们有个天然的测量棒，地球。地球上的潮汐现象就是对月球引力波的测量。

潮汐是在月球和太阳引力作用下形成的海水周期性涨落现象，（还有固体潮）。月球对地球海水有吸引力，地球表面各点离月球的远近不同，正对月球的地方受引力大，海水向外膨胀，等于试棒伸长。而背对月球的地方海水受引力小，离心力变大，海水在离心力作用下，向背对月球的地方膨胀，也会出现涨潮，这种现象不是设想试棒的伸长。它相当于试棒B点被压缩。

图-4设想测试棒为弹性体。设想测试棒长6．10⁸厘米。

图-4

在图-4中：图中R为月球轨道半径，当月球运行到B点时，B点是测试者所在地，B点涨潮，也就是设想测试棒伸长。如果把弹簧谐振子仪放置在地球表面上，弹簧上的小球既要受地球加速度980厘米/秒²的作用，加速度方向指向地心，又受月球加速度-3.46•10^-3厘米／秒²的作用，加速度方向指向月求，弹簧上的小球会产生位移。当月球在A点时，设m克小球压在一条弹性系数为C的弹簧上，这时弹簧被压缩成长度为L。当月球到B点时，小球受到月球作用力

F = -m•3.46•10^-3厘米/秒²•克，按虎克定律弹簧小球拉伸位移ΔX = F／C。

如果在被压缩成长度为L的弹簧旁边放置一根同样长度的铝棒（视为经典刚体），铝棒近似不伸长。这时我们可以根据小球位移ΔX来计算被测星球的引力加速度g。

设：质量m =10•10³克小铅球压在与地面直立的弹簧系数为C=1•10 ⁶达因/[厘米]弹簧上，弹簧被压缩后高度为L。后来受到月球引力F=3.46•10^-3[厘米]/秒²•10•10³克作用，

小铅球位移ΔX量是：

ΔX = F/C =34.6/1•10⁶=3.46•10^-5厘米.我院可测位移1.0•10^-7厘米.

方案可行。

韦伯引力波探测器，悬挂在空中的铝圆柱体所测到的可能是一些别的共振。不是铝圆柱体的伸缩变形。

星球做圆周运动是做加速运动。凡是作旋转运动的星球都会辐射引力波，引力波的波长等于光速乘周期，振幅的大小取决于重力加速度或质量的大校旋转的星球转一周，弹簧谐振子振动一次，或者说测量仪《弹簧振子》振动一次，被测星球旋转的一个周期。测量仪小球离开平衡位置距离越大，被测星球质量越大。

λ = C•T 引力波的波长等于光速乘周期。弹簧振子所测得的是旋转星球的周期和振幅，振幅等于被测星球在测量仪处的引力加速度g。

用弹簧谐振子测量引力波在理论上是可行的。引起弹簧谐振子振幅的大小是由被测星球引力强度g决定作用的，g = GM/r² M是被测星球质量，r是被测星球距离弹簧谐振子仪的距离，G是引力常数。

如果被测星球距离弹簧谐振子仪非常遥远，被测星球引力强度g也是寥寥无几了，再有其它较近距离的星球的影响，我们很难准确测量出被测星球引力强度g。如果被测星球引力强度g测量不出来，弹簧谐振子仪不振动，无法测出周期。

因为引力波的波长等于光速乘周期λ = C•T，我们可以借助于别的方法测量出引力波的波长。中子星是一颗脉冲周期1/30秒的脉冲星，每秒钟转30圈，每转一周我们测到一个脉冲。中子星辐射出引力波的波长为λ = C•T = 30万公里/秒•1/30秒=1•10⁴公里。

弹簧谐振子仪在理论上是可行的，但必须做多次试验才能作出结论。

月球围绕地球旋转辐射引力波相于当两颗恒星跳“双人舞”时辐射引力波。

实物物体的形状不受其运动和微弱的引力场的影响，实物物体的形状是由非连续的微观空间的性质所决定的。弹簧振子是连续的宏观空间中的事物，实物物体的形状和弹簧振子是两种性质不同的概念。韦伯引力波探测器是实物物体的形状在微弱的引力场中变形，不存在这种现象。弹簧谐振子是物体在受外力作用下变形，是应力和应变关系。

本文否定了韦伯引力波探测器，提出弹簧振子测量引力波的方案，弹簧振子测量的是引力波的波长λ，引力波以光速C传播，

结论：韦伯引力探测器不能正确探测引力波，本文提出弹簧振子探测法，可以探测引力波。

作者介绍：张树润 男 生于1938年11月，现为上海卢鹤绂格物研究所的研究员，北京相对论研究联谊会的会员，北京相对论研究联谊会受聘专家。

参考资料：论证10维空间（四） 张树润

引力场麦克斯韦方程 张树润

网站简介　投稿指南　特别声明