万有引力F1=(GMm/r2)与(1)式很相似,因此,我们假定,在万有引力场中运动的物体,除受引力F1之外,同时受到另一个类似洛仑滋力力(暂称为附加力)F2的作用,F2是速度v的函数,其方向恒与速度v的方向垂直,在v 与r构成的平面(密切面)之内,指向曲率中心一方,大小为:
F2=(GMmv2/r2c2)
由此得到万有引力的精确表达式为:
F=(GMm/r2)[1+(v2/c2)]
=(GMm/r2)+(GMmv2/r2c2)……(12)
其中,c为真空中的光速,m为物体的运动质量。
m=m0/[1-(v2/c2)]1/2
我们称第一项(GMm/r2)为爱因斯坦引力,第二项(GMmv2/r2c2)为附加力。
因为“相对性原理”不具有普适性,所以改造后的万有引力定律并不满足洛仑滋协变性,就是一种正常的现象。
至此,我们已经完成了对万有引力定律的改造,下面对新理论进行检验。
九、对新时空理论的检验
我认为,在考虑“引力场”和“变速运动”的情况下,时空仍然是平直的。
1、太阳光谱线“红移”
根据改造的万有引力定律和光的波粒二象性,就可以得到太阳光谱线“红移”的结果。
当光子从太阳(r0=R)运动到地球(r=∞)时, 对于速度为c的光子, 太阳的爱因斯坦引力f1对光子作负功,地球的爱因斯坦引力F1对光子作正功, 太阳、地球附加力(F2)对光子不作功。f1引起光子的能量变化为:
ΔE1=-∫f1dr=-GMm∫(1/r2)dr(光子的质量m变化很小,故可提到积分号外)
以太阳为参照系,当光子从太阳(r=R)运动到地球(r=∞)时, 将r从r=R到r=∞积分得:
ΔE1=-GMm/R
光子的能量E=mc2=hν, ΔE1=hΔν=-GMm/R
Δν=-GMm/hR
F1引起光子的能量变化为:
ΔE2=∫F1dr=-GM’m∫(1/r2)dr
=-(GM’m/r)+C’
以地球为参照系,当光子从太阳(r=∞)运动到地球(r=R’)时,
ΔE2=GM’m/R’
ΔE2=hΔν’=-GM’m/R’
Δν’=-GMm’/hR’
光子的能量总变化为:
ΔE=ΔE1+ΔE2
=-GMm/R +GM’m/R’
=Gm[(M’ /R’)-(M/R)]
相对而言,地球的引力比太阳的引力小很多,地球的质量与半径的比值(M’/R’),比太阳的质量与半径的比值(M /R)小4个数量级,故对光子能量总变化的主要贡献来自太阳的引力,ΔE≈ΔE1,Δν=-GMm/hR
而E= hν0,ν0=E /h=mc2/ h
Δν/ν0=-GM/Rc2=-2.12x10-6
负号表示光从太阳运动到地球频率变小。这就是太阳光谱线“红移”的理论值。实际观测结果为 -2.12x10-6。
对天狼星伴星光线的引力红移,理论值为:
Δν/ν0=28x10-5
1971年,格林斯坦(J.L.Greenstein)利用衍射技术,得到实际观测结果为: (30+5)x10-5。
我们必须注意,虽然新理论的结论与广义相对论一样,但原因却不相同。
我们知道,光源的固有频率是指,相对光源静止的观测者检测到的光源所发出的光子的频率。例如,某原子的固有频率取决于该原子的能级结构,它是该原子的固有属性,与引力场的大小毫无关系。无论是黑洞、太阳、地球上的氢原子,还是遥远太空中远离引力场的氢原子,对于相对氢原子静止的观测者,它们在跃迁时所发出的频率大小都相同,等于氢原子的固有频率。
如果光源远离观测者,观测者检测到的光源所发出的光子的频率将变小(频率“红移”)——这是多普勒效应,
但是,广义相对论认为,太阳光谱线引力“红移” 的原因是:太阳表面的引力场比地球表面的引力场强,因而太阳表面的钟走得较慢,当用某种物质从太阳发出的光谱线的频率,与同一物质从地球发出的光谱线的频率进行比较时,结果是,从太阳发出的光谱线的频率较小(“红移”)。
新理论认为,太阳光谱线“红移” 的原因是:从太阳表面的光子运动到地球时,由于其受到的力主要是来自于太阳的引力,而该引力对光子做负功,引起光子能量的减少,但光速大小不变,只能是光子频率减少了(E=hν)。当用某种物质从太阳发出的光谱线的频率,与同一物质从地球发出的光谱线的频率进行比较时,结果是,从太阳发出的光谱线的频率较小(“红移”)。
从太阳发出的光谱线到达地球的观测者,将同时产生多普勒“蓝移”效应。
钟的快慢与固定在它之上的坐标系的速度和加速度有关,与观测者的坐标系有关,与它所处在的引力场强弱无关。
2、地球光谱线“蓝移”
1959年庞德等人在哈佛大学首次在地面上直接验证了引力频移。利用 。
此实验在地面上,故可忽略太阳对光子的作用。地球的爱因斯坦引力F1对光子作正功,地球附加力(F2)对光子不作功。F1引起光子的能量变化为:
ΔE1=∫F1dr=GMm∫(1/r2)dr
=-(GMm/r)+C , 将r 从(H+R)到R积分,
ΔE1=(GMm){(1/R)-[1/(R+H)]}
在地面上,(GMm/R2)=mg, GM=gR2,
ΔE1=hΔν
Δν=gHm/h[1+(H/R)]≈gHm/h