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时空弯曲是必须的吗?的论文相对论和量子论是二十世纪人类认识自然的两个最伟大的科学成果。在“等效原理”和“广义相对性原理”的假定基础上,爱因斯坦建立了广义相对论,这是一个关于引力场的理论,它表明,无能量存在的真空是平直的,是一种三维的欧氏空间,但当真空具有能量时,真空即发生弯曲变形,此时的真空就不再是平直的欧氏空间,而是弯曲的黎曼空间,欧式几何不再适用,而应代之以黎曼几何。广义相对论用几何化的方法描述引力场基本是成功的,基本揭示了引力场的几何本质。但是我认为,将物理性质的引力场进行这种抽象的数学几何化的做法,是不能令人满意的。除此之外,广义相对论还有其他缺陷。一、广义相对论的缺陷 1 、广义相对论“奇点”的存在广义相对论的引力场方程为: 这个方程是高度非线性的,一般不能严格求解。只有在对时空度规附加一些对称性或其他要求下,使方程大大简化,才有可能求出一些严格解。在引力场球对称的假定下,可以得到方程的史瓦西解: 显然,度规在r =2mg/ c 2 和r= 0 处奇异(趋于无穷大)。.但是,r =2mg/ c 2 处的奇异是由于坐标系带来的, 可以通过适当的坐标系变换来避免。r= 0 处的奇点是本质的。在奇点上,时空曲率和物质密度都趋于无穷大,时空流形达到尽头。不仅在宇宙模型中起始的奇点是这样,在星体中引力坍缩终止的奇点也是这样。在奇点处, “一切科学预见都失去了效果”,没有时间,也没有空间。无穷大的出现显然是广义相对论的重大缺陷。另外,对于广义相对论的数学形式复杂性,世界著名物理学家波恩说: “它的形式复杂得可怕”。 2 、广义相对论与量子理论不相容量子理论是非常完备的科学理论,而广义相对论和量子理论彼此间并不相容。 1920 年,韦尔提出了一个将电磁场和引力场联系起来的电磁场几何化的理论,他的基本想法是:把电磁场与空间的局部度规不变性联系起来。韦尔的理论不仅没有得到学术界的认可,而且也与实验结果不符。之后,瑞尼契、惠勒、米斯纳等人也作了很多将电磁场几何化的尝试,都没有获得成功。人们也曾试图将引力场进行量子化,并从中寻求引力场与电磁场的本质联系,企图用量子论的方法实现引力场与电磁场的统一。电磁场的场量子是光子,类似地人们欲将量子化的引力场的场量子称为引力子。但经过几十年的努力,引力场的量子化尝试连连失败。二、对万有引力定律的改造显然,牛顿万有引力定律是有缺陷的,我们认为该定律是一个正确定律极好的近似。为了便于进行类比,我们来看一个电磁学现象: 在一个范围内,同时有一个恒定的电场和磁场( 磁感应强度为 b) ,其中,电场由带电量为-q (场源)的均匀球体产生。距离球心 r 处,有一静止检验点电荷,带电量为+q (q << q ),其对场源的影响可忽略不计。则点电荷不受磁场的作用, fc=0 ;所受电场力(库仑力)为有心力,大小为: fe =qq/4 πε r2 ……( 1) 如果点电荷以速度 v 运动,则所受电场力仍满足( 1 )式,同时,它还要受到磁场力(洛仑滋力)的作用,大小为: fc =bqvsin θ……(2) θ为 b与 v 的夹角,洛仑滋力 fc 不是有心力,其方向恒与速度 v 的方向垂直,由左手定则确定。可知,洛仑滋力 fc 对点电荷不做功。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 ) ……( 3) 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。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。三、对新理论的检验我认为,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: δ e1=- ∫ 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