如何正确分析水星近日点进动的观察和计算结果与牛顿和爱因斯坦理论之间的关系？

马海飞

（http://blog.sina.com.cn/gfis  2017/5/11）

牛顿的万有引力计算公式建立之后得到了广泛的应用。它让英国科学家卡文迪许在1797年成功地测量出了地球的密度。并且让后人在这个基础上计算出了地球的质量。1846年，法国天文学家勒维耶用牛顿引力公式准确推算出了海王星的位置。并在这个推算的位置附近很快就找到了这颗从未发现过的行星。牛顿的引力公式在近代的航空航天事业中更是扮演者关键性的角色。几乎绝大多数的观测和实验以及实际应用都证明了牛顿引力公式的正确性。

然而，牛顿的万有引力公式在被用来计算水星近日点进动的时候踢到了铁板。使用牛顿的引力公式计算水星近日点进动得到的结果总是与实际观测结果之间存在着一个不可忽略的误差。同样是那位发现海王星的勒维耶很自信地认为这个误差一定是由一个尚未发现的天体造成的。于是，他用推算海王星相同的方法推算出了另一颗行星的位置。在尚未开始寻找之前他就已经给这颗行星起了名字叫“祝融星”（Vulcan，又称“火神星”）。但是，不幸的事情发生了。人们根据他的推算结果始终都没找到这颗“祝融星”。直到今天也没找到 。

这个推算的失败让人们对牛顿万有引力公式的可信度罩上了阴影。一些人开始怀疑牛顿的万有引力公式是否具有普遍的正确性。这是以牛顿理论为代表的经典物理学留下来的一个遗憾。

就在人们对这个问题不知所措的时候，爱因斯坦的广义相对论应运而生。广义相对论实际上就是爱因斯坦版的万有引力理论。结果，爱因斯坦用他的理论对水星近日点进动作出的运算结果与实际观测结果非常接近。这让那些不知所措的人激动不已。认为爱因斯坦的广义相对论才是准确描述万有引力的正确理论。于是，爱因斯坦的广义相对论立刻就成了取代牛顿万有引力理论的理论。从此，人们不再寻找祝融星。并开始用爱因斯坦的广义相对论来解释万有引力现象。从此牛顿的引力公式被看作是一个近似计算方法。被放到了爱因斯坦引力理论的影子里。

本人不是物理学出身。对水星近日点进动对具体计算方法并不了解。但我接受过科班的自然科学研究教育和训练。大约八年前开始接触到物理学问题。尤其是与万有引力相关的问题。出于好奇，仔细地对有关的问题进行了分析和研究。当然主要不是从物理专业的角度研究，而是从科学基本原则和基本方法上进行研究。从这些方面看看物理学家的研究是否正确。我针对水星近日点进动的问题研究发现，物理学家对这个问题的分析似乎存在着非常严重的问题。以下是我的分析和看法。

1、牛顿的引力公式是一个针对理想情况下才适用的公式。所谓理想条件就是两个物体处于静止状态，并且没有任何相关因素的干扰。这时候这两个物体之间实际观测结果才会与牛顿的万有引力计算结果完全一致。在不符合这个理想条件的环境中，出现误差是理所当然的事情。可是，这一点似乎并没有引起天文物理学家们的注意。他们把牛顿的引力公式用在所有与引力现象有关的问题上。不管符合还是不符合条件。

2、水星一直不停地围绕着太阳转。而且，太阳系里除了水星和太阳之外还存在其他行星。这显然不符合牛顿引力公式所要求的理想状态。所有这些都有可能会导致计算结果与实际观测结果不相符。当然，天文学家在计算水星近日点进动的时候肯定考虑了其他天体对水星的影响并进行了修正。可是，天文学家却没有把水星自身的运动状态造成的影响考虑进去。这就是说，天文物理学家们自以为他们把所有影响万有引力现象的因素都考虑进去了，却没想到他们可能忽视了在水星运动过程中可能还会有某种尚未发现的原因在影响着水星的公转运动。

3、我对这个问题是这样分析的。首先，我会“参照地球表面开放空间里的自由落体运动”。以此来理解在用牛顿公式计算水星近日点进动中出现的问题。

众所周知，精确的自由落体实验应该在理想条件下进行才有可能让计算结果和实际观测结果一致。所谓的理想条件就是：地球完全不动。既不自转也不公转。整个宇宙中只有地球和那个用来做自由落体运动实验用的物体。可是，这样的理想条件在现实中是不可能存在的。怎么办？为了得出精确的计算结果就必须要对计算结果进行修正。也就是从计算结果中把那些干扰因素统统除去。例如，地球自转和公转的干扰。月球的干扰，太阳的干扰、其他天体的干扰和空气的干扰等等。只要把所有的干扰因素都清除干净了，计算结果就一定会与观测结果一致。可是，如果还有任何干扰因素没被清除，计算结果就肯定不准确。当出现计算结果不准确的时候，应该考虑可能还存在某种未知的影响因素，而不是否定在其他众多场合都适用的计算公式。这是一个科学实验策略性的问题。掌握不好就会犯方向性错误。

对地球表面的自由落体运动来说，干扰最明显的因素是空气。可是，在两千多年前的亚里士多德时代，人们并不知道空气是什么。因此在观察物体下落的时候并不知道空气对自由落体会产生什么样的作用。所以就得出了“物体越重下落速度越快”的结论。这个结论是对还是错？我认为既对又错。说它对是因为在有空气存在的情况下的确是两个大小一样的物体越重下落越快。这是不可否认的事实。但是，作为一个物理学理论它就不对了。物理学理论是对物理现象背后的本质作出的规律性总结和归纳。而科学规律必定是不变的。只有在这个前提下规律才具有意义。物体在空气中下落并没有真实反映出自由落体运动的本质。虽然在空气中越重的物体下落速度越快也是一个规律。但是，空气的密度稍加改变，下落速度就会跟着改变。所以，在空气中的自由落体运动是一个由复数因子同时导致的一个综合表面现象。表面现象是很难反映出本质来的。相反，在完全真空的理想环境中，无论什么样的物体下落的速度都相同。这是不变的规律。这才是本质。

数学对物理的描述有两种情况。一种是对本质的描述。一种是对表面现象的描述。在没有任何影响因素存在的情况下对自由落体运动的数学描述就是对自由落体运动本质的描述。对地球表面自然环境中的下落物体运动的数学描述则是对表面现象的描述。

我想说的是，如果在研究自由落体运动的过程中不知道空气的影响，那么用牛顿公式计算出来的结果与实际观测结果一定有误差。反过来说，如果用牛顿公式计算出来的结果与实际观测结果不一致的话，到底应该是怀疑牛顿的公式不对呢，还是应该考虑在这个系统中还有什么未知的干扰因素存在呢？当然后者的可能性更大。

因此，我认为用牛顿引力公式对水星近日点进动计算出来的结果与实际观测结果不相符的原因并不是牛顿公式的错，而应该是有一种未知的影响引力现象原因存在所导致的。科学家们在计算水星近日点进动的时候虽然排除了其他天体的影响，但完全没有考虑水星特有的运动状态。水星的公转轨道是很明显的椭圆形状。水星的公转速度一直在不停地改变着。而且水星的运动速度非常快。也许正是这些原因对水星近日点进动产生了影响而导致了那个误差的出现。

为什么说水星的运动形式有可能会对水星近日点进动产生影响呢？其实早就已经有理论依据可以证明这种怀疑是有道理的。爱因斯坦的理论中不是有一个“动质量”的概念吗？不管这个动质量概念本身是对还是错，但实验已经证明，高速运动的物体的确会产生出与质量增加同样的物理效果。由于质量的大小与万有引力现象直接相关。因此，如果水星在围绕太阳转处于加速运动的过程中，它的动质量就会随之增加。这样当水星接近太阳的时候就会比计算值产生出额外的引力效果。因而让水星在近日点产生出额外的进动。这个额外的进动就是牛顿公式计算结果的那个误差。这样的事情不会发生在正圆形轨道和匀速运动中。也不会发生在速度不是很快的椭圆运动中。

所以说，我认为，水星特有的运动形式才是导致牛顿引力公式计算结果出现误差的原因。这就像空气是造成计算自由落体误差的原因一样。科学家不应该那么轻易地否定牛顿引力公式的正确性，而应该把精力放在寻找导致这个误差产生的原因上。仅仅因为找不到祝融星就否定牛顿引力公式正确性的做法是不负责任的。

自然世界是统一的。既然人们可以在其他地方观察到“动质量”，为什么动质量就不能出现在天体现象中？既然动质量与静质量有相同之处，它为什么就不可能在万有引力现象中产生作用？其实，我猜测，人们所观察到的所谓“暗物质”现象中的很大部分可能也是动质量导致的。动质量是看不到的。因此是“暗”的。只有在物体高速运动的时候才存在。而因为整个宇宙都在运动，而且运动速度非常快，因此宇宙中到处充满了动质量。物体的运动速度越快，动质量越大。在宇宙中，水星的运动速度根本就不算什么。如果水星的运动都可以产生出有功能的动质量，那么，比水星质量更大运动速度更快的星系就更不用说了。

此外，虽然牛顿对万有引力的发现被认为是把天上与地上的力学规律统一了起来，但是人们并没有认识到其实巨大质量的物体和超高速运动的物体与人类身边的小质量物体和慢速运动的物体所遵循的自然规律并不同。前者遵循“物质实体属性的自然规律”，后者遵循“物质场属性的自然规律”。虽然这些自然规律在宇宙中的任何地方都一样有效，但是，由于地球上的物体的大小和运动速度的快慢与宇宙空间里的物体的大小和运动速度的快慢不在同一个数量级上，因此它们实际上遵循的自然规律各不相同。从这一点上来说，“地球上的物体和天上的物体遵循着不同自然规律”的说法也不错。

比如说，对于一个微观粒子来说，只有加速到接近光速的时候才会表现出动质量效果。让一个高尔夫球在水星的运动速度上也许产生不出明显的动质量。而对于水星这么大质量的天体来说，只要以它接近太阳时的那个运行速度就可以产生出足以让它额外进动的效果。并不需要光速级的运动速度。也许存在着这样的规律：以同样速度运动的物体，质量越大产生出的动质量相对越大。如果是这样的话，宇宙中存在大量“暗物质”就一点也不奇怪了。

因此，我认为对水星近日点进动以及暗物质等问题的研究应该从那个所谓的“动质量”上入手。动质量才是揭开诸多物理学问题的关键所在。

所以说，我认为牛顿的引力公式并没有错。仅仅因为对水星近日点进动的计算结果与实际观测结果不一致就说牛顿引力公式不准确实在是冤枉了牛顿引力公式。

可是，如果牛顿的引力公式不错，那爱因斯坦对水星近日点进动作出的准确计算又怎么解释呢？其实这个解释也不难。如果说牛顿的引力公式是对本质的数学描述，那么爱因斯坦的运算就是对表面现象的数学描述。对表面现象的描述并不具有普遍意义，因此在实际应用中，例如在发生卫星的时候，人们是不会使用爱因斯坦的计算方法的。

我们仍然可以用自由落体运动的例子来说明。如果一个人在建立自由落体计算公式的时候在他的计算公式把地球引力加速度、自转和公转以及空气等等的影响因素全都放在他的公式里面。这样的计算结果一定很准确。但这样的公式并不具有普遍的实用性。也就是说，这是针对具体表面现象量身定做的计算方法。这样的公式是对具体事件的表面性描述。而不是对其本质的描述。因此它的计算结果是准确的。但却是不实用的。也就是说，任何表面现象都是由很多因素组合在一起表现出来的。水星近日点进动就是这样一个由复数个因素构成的综合表面现象。科学的方法应该是把所有因素进行分解之后再进行研究，而不是把这个综合现象当成一个问题研究。而爱因斯坦恰恰就是把水星近日点进动当成了一个问题来研究。所以说，爱因斯坦的正确结果并不能证明他的理论就是正确的。也不能证明牛顿的公式是不正确的。

我不是天文学家也不是物理学家。对水星近日点进动的具体物理学研究超出了我的能力范围。我只能给天文物理学家们提供一个线索和方向。从动质量上解决现存的诸多问题可能才是唯一的出路。

至于动质量的本质是什么？我在2013年9月20日写的《物质运动速度增加导致质量增加的现象到底是怎么一回事？》一文中做出过详细解释。动质量实际上是一个与重量类似的物理量。从这一点来说，它与万有引力现象有关是一点也不意外的事情。与水星近日点进动和暗物质现象有关也是完全可以理解的。动质量也好，重量也好，都是由物质的属性场产生出来的“过渡性物理量”。这要用质量场理论从物质场属性现象和场属性的自然规律上才能解释清楚。

总之，我认为物理学界用水星近日点进动问题来否定牛顿引力公式和支持爱因斯坦引力理论的做法是错误的。牛顿的引力计算公式没有任何错误。爱因斯坦的引力理论并不正确。不过需要特别指出的一点是，虽然牛顿的“引力公式”没错，但牛顿的“引力理论”却存在严重的错误。具体来说就是，用牛顿引力公式计算出来的那个力根本就不是牛顿所说的“相互吸引力”。牛顿所说的那个“万有引力”根本就不存在。关于这一点在我的前一篇文章中有详细说明。