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太阳的“真位置”究竟在哪?

(2015-10-29 10:49:56)
标签:

教育

民科

时空观

物理

相对论

分类: 关于时空真相的即兴观点

李立新

(浙江大学 杭州 310027)

摘要 文献“由固体潮发现引力以光速传播的观测证据”认为:因为光速有限,太阳的“真位置”并不在其“视位置”,而固体潮相位与由“视位置”计算的理论值相符,由此得出引力以光速传播之结论。分析表明,文献所指太阳的“真位置”与其“视位置”是重合的,因而不能就此得出引力以光速传播的结论。

关键词 固体潮 引力 光速 视位置 真位置

 

1 引言

在2013年第10期的《科学通报(中文版)》上,有汤克云等发表的一篇文章:由固体潮发现引力以光速传播的观测证据[1]。此文在国内外引起广泛的讨论,有评价称其为“完善牛顿引力定律的发现之路”。在文中,汤克云团队通过观测太阳引力在地球上产生的固体潮的相位,发现太阳引力的方向,跟阳光一样,来自太阳的“视位置”,而不是其“真位置”。据此,他们断言引力的传播速度与光一样以光速传播。需要指出的是,在传统的固体潮理论中[2]中,也即是文献[1]所引述的专著中,并未区分太阳的“视位置”与所谓的“真位置”,而是直接认为两者在同一位置,并且已有的固体潮实验数据均已表明太阳的引力来自太阳的“视位置”。那么,太阳的“视位置”与其“真位置”究竟是否重合呢?这将关系到汤克云团队的工作结论的有效性,同时也将关系到天体物理中与此相关的计算理论的正确性。 

2 太阳“真位置”的定义

在天文学关于天体位置的归算理论中,对天体的观测位置、视位置与真位置有明确的定义3]。天体的观测位置,指的是用天文仪器直接测定并已消除仪器误差的影响之后所得的天体位置(在天球中的位置,由两个坐标表示,下同);天体的视位置,指的是对观测位置做了大气折射、周日视差和周日光行差修正之后得到的地心坐标,它大体相当于一个位于地心的观察者在没有大气的情况下所见天体的位置;天体的真位置,指的是对视位置做了周年视差和周年光行差修正之后得到的日心坐标,它大致相当于一个位于日心的观察者所见天体在天球上的位置。在天文学中,天体视位置的理论坐标都是从其真位置换算过来的。

很显然,在上述关于天体真位置的定义中,不包括太阳本身,因为它指的是日心天球中的位置。虽然文献1]中并未给出太阳的“视位置”与“真位置”的定义,但从通篇内容来看,其中所谓的太阳“视位置”与天文学中关于星体视位置的定义相同。而所谓的太阳“真位置”则与天文学中关于星体真位置的定义不同。依据文献[1]的论述,所谓太阳的“真位置”指的是超前“视位置”8分多钟的“真实位置”,指的是在地心天球中的位置坐标。

由于地球自转一圈约24小时,8分钟对应约2度的转角,所以按文献[1],所谓太阳的“真位置”与其“视位置”相差大约2度的夹角,但果真如此吗? 

3 太阳“真位置”与“视位置”重合

按照文献1]的说法,由于阳光以光速从太阳来到地球需要时间,所以我们永远也无法直接观测到太阳所在的“真位置”。换言之,在地球上我们只能看到8分多钟以前的太阳发出的光,而现在的太阳则永远无法看到。 

这种说法当然正确。但我们看不到现在的太阳,是不是等价于我们看不到现在太阳的方位,也即天文学或文献[1]中所指的位置呢?要知道,在文献1]中的观察时段内(记录间隔为1秒,总时长约24小时)日地距离变化很小,所以正如文献[1]中指出的那样,在固体潮的变化中起作用的正是太阳对地球的方位,也即天文学中所指的位置。

本文认为, 看不到现在的太阳并不等价于看不到现在太阳的方位。换言之,太阳的“视位置”正是其“真位置”。分析如下。

如图1所示,其中黑色圆点代表太阳,彩色圆圈代表同时射出的阳光构成的球面,黑色圆圈代表地球,黑色方点代表固体潮观测点。首先看图1A。在以太阳为原点的惯性系看来,太阳在8分多钟内发出的所有光球面都是同心的,其球心正是太阳,它们相对于太阳膨胀的速度正是光速c;与此同时,地球在自转(因观察时段很短,忽略公转,正如文献[1]一样)。因此,当最外层的光球面(红色所示)到达地球上的观测点时,太阳的“视位置”与其“真位置”一样正在红色球面的半径方向,因而太阳的“视位置”与其“真位置”重合。在这里,虽然红色光球面是在8分钟前发出的,但这个光球面的中心正是太阳。

太阳的“真位置”究竟在哪?

现在看图1B。当以地球作为参照系观察时,根据运动的相对性原理,太阳在8分多钟内发出的所有光球面都将跟随太阳一起转过大约2度,并在这个过程中不断膨胀。同样,当最外层的光球面(红色所示)到达地球上的观测点时,太阳的“视位置”与其“真位置”一样正在红色球面的半径方向,因而太阳的“视位置”与其“真位置”重合。在这里,与图1A一样,虽然红色光球面是在8分钟前发出的,但这个光球面的中心正是太阳。

关于图1B,读者至少会有两个疑问:第一,如果图1B正确,膨胀的光球面上不同方位的点对地球而言其速度岂不是不同、甚至可以超光速了吗?不错,正是如此。事实上,根据狭义相对论,光速只有相对于惯性系才是恒定的,相对于非惯性系则必须采用伽利略的速度叠加原理[4,5,6],因为否则,Sagnac效应就无法解释。由于固体潮在一天中的变化主要是由于地球的自转造成的,而与太阳为原点的惯性系相比,地球显然是一个非惯性系。第二,如果图1B正确,岂不是表明光球面的膨胀速度即光速的参照系是太阳吗?既然狭义相对论认为光速与光源没有关系,为什么这些光球面的球心要跟着太阳走呢?我的回答是:因为在本文讨论的问题中,太阳在做惯性运动,而地球不是。换个角度,如果这些光球面的球心不跟着太阳走,难道要它们跟着地球走吗?

现在假设,如果这些光球面的球心一旦出现就跟着地球走,或者说它们一旦出现就相对于地球保持静止,我们就会得到图1C。很显然,这正是文献[1]的看法。如果将图1C中的太阳换作飞机,光波换作声波,则此图自然是正确的:飞机的“视位置”与其“真位置”不重合。

但仔细分析就知道,飞机位置在图1C中成立有两个前提:第一,声波是介质的波动;第二,声波的介质相对于地球保持静止。而这两个前提对太阳“真位置”的研究都不成立:因为光波首先不是介质波(没有以太);其次,退一步讲,即便光波是介质波(因为至今存在争议),这种介质能够恰与地球保持静止,甚至在远达太阳的位置也能对地球保持静止吗?显然,这是不折不扣的地心学说。

综上分析可知,图1A与图1B都是正确的,其区别只是参照系选择的不同。但图1C则是错误的,这表明在文献[1]的研究中,太阳的“视位置”与其“真位置”是同一位置。 

4结论

由于在文献1]的研究中,太阳的“视位置”与其“真位置”是同一位置,所以关于引力以光速传播的结论便不能得出。事实上,文献1]参考的固体潮专著2]中的假设正与本文的结论相同:太阳的“视位置”正是其“真位置”,而且已有的固体潮实验数据均已表明太阳的引力来自太阳的“视位置”也即其“真位置”。在这种情形下,无论引力是瞬时传播还是以光速传播都可获致相同的理论曲线,因而仅凭固体潮的观测相位与太阳 “视位置”的理论计算吻合无法得出引力以光速传播的结论。 

参考文献

[1]汤克云,华昌才,文武,等. 由固体潮发现引力以光速传播的观测证据. 科学通报,2013,58: 907-911

[2]Melchior P. The Tides of Planet Earth. New York: Pergamon Press, 1978

[3]胡中为 萧耐园. 天文学教程.北京:高等教育出版社,2003

[4]Wikipedia. Sagnac effect[OL].http://en.wikipedia.org/wiki/Sagnac_effect

[5]齐绩.对Sagnac效应的一种解释.大庆石油学院学报.2007,31(3):146-147 

[6]李立新.证伪狭义相对论第二个基本假设:光速不变原理[OL]. http://blog.sina.com.cn/s/blog_3c806cc90101fr0t.html

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