谈谈空间弯曲

作者、刘文旺

一、百年传说

上世纪爱因斯坦创建了相对论，包括狭义相对论和广义相对论。狭义相对论的建立给遍了我们的时空观，认为运动可以造成钟慢尺缩现象。当把狭义相对论的钟慢尺缩现象应用在描述引力场的，发现在有质量存在时的空间不再是我们熟知的平直的欧几里德空间，而是弯曲的时空：例如，在一个旋转的圆盘上，由于线速度的不同，不同半径处的时钟有不同的读数、同一物体的质量、大小不同。周长变短：L=L/[1-(v/c)]^1/2，而r的不变造成L=2πr中的π会变小，三角形内角和不再是180⁰。因此，有引力场存在时，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。

 

图一

     爱因斯坦的理论建立起来后，1915年，爱因斯坦先后向普鲁士科学院递交了四篇论文，分别给出了水星的进动、光线的引力弯曲等计算公式，最后在1915年11月25日给出了最后的引力场方程。至此，爱因斯坦达到了一生中最辉煌的时候。

其实，这时的爱因斯坦的声誉还很低，熟悉他的人主要还是在学术圈里。但是到了1919年的5月29日全食的发生，给爱因斯坦带了巨大的转机。英国天文学家爱丁顿派出了两个远征队，一个到巴西的索布腊尔，一个到西非几内亚湾的普林西比岛。英国天文学家爱丁顿，亲率一个观测队到西非普林西比岛进行观测。最后，在1919年11月6日英国皇家学会和天文学会举行的联席会上，他们公布了观测结果：去普林西比岛的结果是1.61^‘’±0,30^‘’；去索布腊尔的结果是1.98^‘’±0,12^‘’，从而证明了太阳附近星星的光线，在太阳的重力作用下的弯曲，这样就证明了爱因斯坦的引力理论，确立了广义相对论在学术界的地位。

这一事件给全世界带来了轰动，随着媒体的介入，赶走了人们心中的战争阴霾。

艾丁顿与爱因斯坦

伦敦的《泰晤士报》首先做了报道，之后，美国、欧洲等媒体都尽了详细的报道。尤其是大科学家约翰汤­姆森称：“爱因斯坦的相对论是人类思想最伟大的成就之一。”这样，在很短的时间内，关于爱因斯坦的广义相对论的信息传遍全球。爱因斯坦也因此成为了风云人物。应人们的邀请到世界各国讲解相对论。尽管真正懂得相对论的人很少（据说只有两个半人，一是爱因斯坦、一是爱丁顿，另外的半个指的是世界上所有对相对论一知半解的人），但人们的热情被各国媒体煽到了顶峰。人们好像一夜之间从第一次世界大战带来的满目疮痍里买进了花园中！

在此之后，爱丁顿的实验向世界推销了相对论，加上媒体的宣传把爱因斯坦推上了神坛。斯坦也从此穿上了皇帝的新装。

爱因斯坦对自己的评价，也远没有我们对爱因斯坦的评价高。

他1921年6月13日在英国皇家学会演讲时承认：“这个理论的研究方法和思路并不是革命式的独创，而是对一条存在了几个世纪的路线的继续发展。……相对论也不过是麦克斯韦和法拉第的理论的延续和补充。”（《爱因斯坦自述》，华中科技大学出版社，2013年版，p24）------“我感到在我的工作中没有任何一个概念会很牢靠地站得住的，我也不能肯定我所走的道路一般是正确的。”（同上p298）还说过，“我自己受到了人们过分的赞扬和尊敬------”

爱因斯坦本人对自己的理论的正确性并没有十足的信心，1945年在给中国学者周培源的信中说：“罗马的时钟使我心有余悸，我不再坚持光速不变性是一个自然定律，用不变的光速来定义不同惯性系中的时间，在逻辑上是行得通的，一旦今后发现真空中的光速是可变的，则狭义相对论将不至于彻底失败……

这是显然的。我们分析如下：

当一个观察者静止时，单摆的周期是：

T=2π[L₀/g]^1/2指示的时间是t₀；当这个观察者沿竖直方向运动时（由于摆角很小在此忽略不计），摆长变为：L=L₀[1-（v/c）²]^1/2，一方面，就单摆的长度的变化会造成单摆的周期的变化为：

T=2π[L₀[1-（v/c）²]^1/2/g]^1/2指示的时间是t：

t=t₀[1-（v/c）²]^1/4。另一方面，由于钟慢尺缩现象的存在，还会造成时间的相对论变化：t=t₀[1-（v/c）²]^1/2

这样，时间的变化就会出现明显的不协调现象。其实，就上面的圆盘实验也存在明显的问题。

例如，两个天体质量分别是m₁、m₂，相距r，则两者间的万有引力是：F=Gm₁m₂/r²，我们假设有一个弹簧秤显示这一作用力的大小为8N。当观测者沿与两者连线夹角为α的方向运动时，他得到的引力是：

F^、=Gm₁/[1-(v/c)]^1/2m₂/[1-(v/c)]^1/2/{rcosα[1-(v/c)²]^1/2}²=F/[1-(v/c)²]²(cosα)²=8N/[1-(v/c)²]²(cosα)²

他会得到：引力与运动速度、夹角有关。但事实上，他看到的弹簧秤读数总是8N。

     怎么解释？

其实，爱因斯坦的相对论只是一个传说。关于相对论的错误性请参见拙文“广义相对你的终结”-《格物》杂志2017.1，或参见博文相对论综述。下面我们主要从物质的角度，谈谈广义相对论的空间弯曲现象。

二、空间的弯曲

（一）、自由落体运动

现有理论认为，自然界中存在四种相互作用：原子核中把核子聚集在一起的强相互作用；粒子衰变过程中的弱相互作用；电荷间的电磁相互作用；和存在于任何物体之间的万有引力相互作用。在这协力中，最先引起人类的注意并加以研究的引力相互作用。人类的生活与重力息息相关。我们旅游爬山克服的就是您自身的重力，它把您累得气喘吁吁。

在为了躲避瘟疫，牛顿来到了乡下。一天他在苹果树下思考问题时，见到有苹果落下他立即来了灵感，他想使苹果落下的力与天体环绕太阳时受到的引力会不会是一种力哪？于是结合其发现的离心力公式推导出了万有引力公式：F=Gmm/r²。

当然，在历史上存在究竟是谁首先发现了万有引力之争。胡克认为，是他首先发现使天体环绕太阳运动的力与地球表面物体受到的重力是一种力。为此在两人之间出现了不愉快。由于胡克本人身材矮小，长相有很一般，因此，在牛顿对他的回应中，说过后来广为流传的一句名言：我之所以看得远，是因为我站在巨人的肩膀上！

让是是非非随风去吧！不过，这句话我们后人还是少说为佳。

我们都是知道，在重力场中的自由落体运动中，物体运动的速度与其拥有的质量没有关系。这一点经历了艰难的历程才得以确认的。

亚里士多德认为，在重力场中，重的物体下落的速度快，轻的物体下落的速度慢。比如，一块石头下落的速度就比一片羽毛下落的速度快。但是，当时他并没有考虑到空气的阻力的作用。后来，伽利略为了否定他的观点，在比萨斜塔上做了一个实验，让大小不同的两个铁球：一个100磅，一个一磅从比萨斜塔的顶端抛下，结果发现两球是同时落地的。从而否定了亚里士多德的观点。

事实上，伽利略是否做过这一实验，已无从考证。据说，自由落体实验在伽利略以前就有人做过，并留有确凿的史学记载。1576年，意大利有一位数学家在他的著作中提到自己做过自由落体实验。他是将重20磅与重1磅的铅球从同一高度释放，结果在同一时刻落地，他还表示他没法拯救亚里士多德的教义。荷兰的斯悌文也在他1586年的著作中更明确地记载有自由落体实验：“反对亚里士多德的实验是这样的，让我们拿两只铅球，其中一只比另一只重10倍，把它们从30英尺的高度同时丢下去，落在一块木板或有什么可以发出清晰响声的东西上面，那么，我们就会看出轻球并不需要用重铅球10倍的时间，而是同时落到地板上，因此它们发出的声音听上去就像是一个声音一样。”

当然，伽利略的思考能力是惊人的：中的物体下落得快，那把倚重一轻的两个物体拴在一起，这时，一方面，由于轻的物体下落得慢，因此，受到请物体的拖累，两物体下落的速度会比重的一个下落得慢；另一方面，两个物体的重量大于原本较重的物体，重量的增加应该使两者下落速度比较中的一个下落的快。这样的矛盾是亚里士多德观点不能解释的。这就否定了中的物体比轻的物体下落得快的思想。

（二）、力与空间弯曲

其实，不但在重力场中存在自由落体运动与物体的质量无关现象。在电磁场中也存在同样的问题。

我们分析如下：

由同种带电粒子如同种质子构成的粒子团，在同样的电场中也具有同样的加速运动，加速度的大小也与粒子的电量、质量无关。存在同样的“引力质量”与“惯性质量”的等效性。我们完全可以引入黎曼几何，建立描述电磁力的广义相对论。

这样，电磁相互作用也可被弯曲的时空取代。

我们拥有的空间只有一个，时空的弯曲应该是四种相互作用共同决定。抛开强弱相互作用的存在不计，电磁力是万有引力的10³⁷倍，因此，就电磁力造成的空间弯曲就是质量引起的时空弯曲的10³⁷倍。据此，我们计算的引力场中光线的弯曲、水星的进动、引力红移、原子的光谱等会明显增加，而此不是事实。

因此，这种由“引力质量”与“惯性质量”的等效性的出的空间弯曲的理论是不成立的。

（三）、空间弯曲分析

1、光线的弯曲

光线的弯曲应该是一种衍射现象，这体现在如下事实中：在实验室中，电磁场不作用于质量。光子就是电磁场，为什么会与引力场发生相互作用？有人会认为光子有能量就有质量从而产生与引力场的相互作用。事实是：按光子的质量m=hν/c²与太阳的相互作用得不出1.7秒的弯曲！这就否定了光线的弯曲是引力作用的结果。

 

2、引力场的几何化是不成立

在广义相对论中，引力场被几何化了。行星不是在太阳的引力作用下运动，而是在弯曲的空间中环绕太阳运动。这里的逻辑关系非常混乱：

（1）、物体间的相互作用总是相互的，行星在太阳造成的弯曲的空间运动时，其离心力会作用于空间。这种作用也会改变所在空间的形状。这样行星的运动就会偏离现有的运动轨道。事实是，太阳系中的行星，完好地在太阳引力作用下运行了数十亿年！

 

图七、不息的太阳系

 

空间为什么能约束天体的运动，它也是由原子、分子等构成的物质吗？若是为什么没有在天体运动的前方对宇宙中天体的运动产生阻力，而使其都静止下来？若不是它怎样克服离心力？

太阳的形状几乎为一个标准的球形，其力场造成的空间弯曲也应该是一个球形。行星沿椭圆运动？还有进动的存在？在太阳的周围，一方面，其刚性弯曲的空间让地球等行星沿弯曲的空间运动。另一方面，这样刚性弯曲的空间却能让彗星等天体任意穿行。这是现有理论所不能解释的。

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。

图八、先驱者卫星在太阳系中的位置

     我们地球处于太阳产生的弯曲的空间中运动，为了克服离心力这种空间是刚性的，从而阻止地球偏离运动轨道。这就产生了一个问题，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玩确定空间轨道是不相容的。

     地球也有质量，同样会造成进空间的弯曲。我们在生活、实验中也同样没有发现这一刚性弯曲的存在。河流、大气、雨雪等自由地运动着，这刚性弯曲的空间在哪里？

（2）、质量是怎样使质量所在位置之外造成空间弯曲的？牛顿虽然在光学上提倡射流说（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反射和折射。在万有引力被发现后，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，因为，在他的狭义相对论中抛弃了以太。但是，为了解决超距作用的问题，他相信以太的存在，但认为是一种空间的度规。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。

这暴露了相对论本身的不自洽性。或用其本人嘲笑量子力学的话说，相对论本身是不完备的。

还有，太阳质量的引力场造成空间弯曲，它为什么不作用于处于同一空间的行星哪？若考虑这双重的作用，所有行星的现有轨道都将改变，而此不是事实！

当年马塞尔·格罗斯曼就曾警告过爱因斯坦，黎曼几何可能不适用于对引力的描述。现在看来这是有道理的。

一个值得注意的问题是，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。广义相对论用黎曼几何描述弯曲的空间是没有数学依据的。

我们由于发现了空间的弯曲，而抛弃了平坦的欧几里得几何，但也不应该用黎曼几何描述罗巴切夫斯基空间。这是什么逻辑？！尤其让人不能接受的是，这样的理论居然被证明！！成为教化后生的教书！！！

怎么会是这样？！

         上图是三种弯曲空间对应的三种几何：黎曼几何、罗巴切夫斯基集合、欧几里得几何

错误的相对论禁锢人类的思维100多年，这是人类的不幸。尤其不幸的是我们没有清醒地认识到这一点。

相对论错了！

根本就不存在广义相对论议一下的空间弯曲现象！

 

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