运动比萨斜塔实验及我的科研工作总结 (图)

九十年来, 有一个理论从未得到物理实验的验证, 但却被视为真理, 用来作为解释天上各种现象甚至整个宇宙模型的基础. 这个理论就是爱因斯坦的广义相对论. 非常幸运的是, 美国航空航天局与斯坦福大学花费四十余年终于共同设计建造了第一个物理实验来验证广义相对论. 这个物理实验是一个称为引力探测器B的卫星实验 (简称GP-B实验)[1]. 目前 该实验已经完成, 实验结果要到2007年底公布. 但是 2007年四月美国物理学会年会上透露的一个初步结果的图形 (见下图)表明爱因斯坦是错的!!

我们称该图形为初步结果图. 如果初步结果图得到最终证实, 人们将会问, 爱因斯坦究竟错在那里呢? 科学家神化 广义相对论, 是因为基於太阳系及少量太阳系外天体的天文观测, 表明广义相对论的弱引力场结果是近似正确的. GP-B 物理实验也是检验广义相对论的弱引力场结果. 但其结果非常精确. 如果初步结果图得到最终证实, 那就是说, 在一级近似下, 广义相对论是正确的, 在高级近似下, 是错的! 广义相对论的基础方程是爱因斯坦场方程. 因此, 爱因斯坦场方程是错误的. 这也难怪, 爱因斯坦场方程具有极大的猜测成分. 它的唯一概念基础就是时空弯曲假设. 因此, 时空弯曲假设也必须修正. 这样, 牛顿定律只是引力规律的初级结果, 二级结果里包含与牛顿定律不同的新定律. 广义相对论没有包含这个新定律, 当然没有真正地推广牛顿引力理论.

我的建议是, 这个新定律就是自转引力. 这就是说, 自转的地球不仅有正常的牛顿引力, 还有自转运动造成的引力. 我将在下面提出一个非常简单的物理实验来验证这个新引力. 这是验证广义相对论的最便宜的实验! 这个实验称为运动比萨斜塔实验. 非常幸运的是, 通过最近七年的努力, 我在天体物理及宇宙学各重要领域得出了与天文观测一致的系统结果. 我现在对我的科研工作作一个简单的总结. 先从我的星系图案的简单数学模型讲起.

1. 星系图案的对称性及其解析表达式
人类现在处在信息时代, 网络让科学研究成果无法隐藏. 谷歌地球让人们看到地球表面的每一个角落, 谷歌天空让人们看到天上能观测到的大部分天体和星系. 这些好像来自天堂的星系具有迷人的图案. 星系的图案近似反映星系的质量分布, 是引力相互作用的结果. 但引力的正宗理论广义相对论却对於理解星系的图案无能为力. 这也显示广义相对论有问题. 从2000年底到2005年底, 我花了将近五年时间终于找到了隐藏于星系图案背后的对称性, 并找到了确定星系图案的简单解析表达式[2,3]. 例如, 两维螺旋星系的图案完全由指数型正交曲线网决定. 图案的对称性就是说, 其中任何一条曲线两侧的相邻质量密度之比沿该曲线是相等. 这样简单的指数型对称性却与螺旋星系的方方面面的天文观测结果吻合. 第一, 天文观测显示螺旋星系盘的光密度分布是沿矢径指数减少的, 我的指数型对称性推出这一定律. 第二, 螺旋星系的旋臂是对数型弯曲的, 我的指数型对称性推出这一定律. 第三, 棒旋星系含有棒, 我的指数型对称性只容许盘及棒两个解. 第四, 棒两端是或强或弱的柄, 我的指数型对称性给出的棒解确有或强或弱的柄. 第五, 我的对称性也给出三维椭圆星系图案的解. 这真是奇迹啊.

2. 星系图案对称性的潜在的应用: 地球上的台风
如今, 地球大气污染, 环境破坏, 人为造成地表温度升高, 气候不断恶化, 台风增多, 且破坏力加强. 任何看过台风的卫星照片的人都会惊讶, 台风的形状与螺旋星系何等相似呀. 既然我已得到星系图案及其动力学的表达式, 是不是可以用来研究台风呢? 我认为完全有这种可能性. 虽然台风一旦生成, 受各种因素影响威力无比, 要是我们知道它们的形成机制, 我们可以把它们扼杀在摇篮之中. 可惜, 我的星系动力学理论违背 广义相对论, 我得不到资金也得不到机会去研究台风.

3. 星系动力学及星系转动曲线
我的星系图案对称性很自然导出 星系动力学, 且能解释星系的转动曲线[2]. 星系的转动曲线就是星系中各点天体群绕星系中心的平均转动速度随星系矢径的变化曲线. 广义相对论对於星系动力学的研究无能为力. 目前的星系动力学是基於牛顿引力理论. 因为螺旋星系盘的光密度分布是沿矢径指数减少的, 如果星系主要是由能发光的物体组成, 那么星系转动曲线按照牛顿定律必是沿星系矢径减少. 相反地, 天文观测结果是沿星系矢径趋於常数, 或增加. 既然牛顿引力理论及广义相对论不能解释常数转动曲线, 相对论科学家假设存在极大量不发光的暗物质. 正是这些大量暗物质围绕星系的巧妙分布导致星系的常数转动曲线. 但是, 我的基於星系图案对称性的动力学不需要暗物质, 直接要求星系转动曲线不能减少. 这绝对不是巧合. 因此, 关于引力必定存在新的定律. 而广义相对论没有包含这个新定律, 当然没有真正地推广牛顿引力理论. 我提出了这个新定律, 它就是自转引力.

4. 自转引力及其对GP-B初步结果图的解释
我的最新的论文[4]就是解释GP-B初步结果图. 这个论文提出了引力新定律, 它就是自转引力. 这就是说, 除了质量会产生引力, 自转的物质还产生额外的引力. 这种引力类似于牛顿万有引力, 但各向异性. 在垂直于转动轴的方向, 自转引力要大一些. 自转引力能够解释GP-B实验结果与广义相对论的预言的偏差. 它也很可能是解释星系转动曲线的基础.

5. 验证自转引力的运动比萨斜塔实验
如果GP-B初步结果图得到最终证实, 那么广义相对论必有错误, 我的解释是它忽略了自转引力. 其实, 我们可以作一个简单的实验来验证自转引力是否存在. 此实验称为运动比萨斜塔实验. 为了测量地球的质量, 我们通常测量地球表面的重力加速度. 这很容易, 就象当初迦里略站在比萨斜塔上一样, 让一些物体同时开始自由降落. 迦里略证实了所有的物体在同样的时刻落地, 也就是说具有同样的加速度. 为了真正地测量这个加速度的值, 我们只须记录落地所花的时间就好了. 但是地球作自转运动, 我们的一切测量是在一个非惯性的转动参考标架中进行的. 所得出的加速度是转动系重力加速度, 根据这个加速度直接得出的地球质量是转动系地球质量. 通常说的地球质量是牛顿惯性系地球质量. 为了得到牛顿惯性系地球质量, 人们通常不会建造一个真实的地球惯性系. 而是应用牛顿力学公式, 用转动系重力加速度加上相应地球自转的离心加速度, 得出地球惯性系重力加速度, 进而得出牛顿惯性系地球质量.

我们能否 建造一个真实的地球牛顿惯性系呢? 答案是肯定的. 如果我们让比萨斜塔以每小时1286.57 公里的均匀速度向西方运动(实际的物理实验使用运动的实验仪器), 则比萨斜塔的运动抵消了地球的自转, 该比萨斜塔就是地球牛顿惯性系, . 在该比萨斜塔中测出的重力加速度就是地球惯性系重力加速度, 进而得出的地球质量就是惯性系地球质量. 这称为运动比萨斜塔实验. 此地球质量跟前述通过转动系测量间接得出的地球惯性系质量是相等的吗? 牛顿理论和广义相对论的答案是相等. 如果存在自转引力, 则答案是两者不相等. 因为在运动比萨斜塔看来, 地球有可观测的转动运动, 转动引力增加了自由降落物体的重量, 因此运动比萨斜塔测出的地球惯性系重力加速度大于牛顿理论和广义相对论计算的惯性系重力加速度. 如果大出的部分与GP-B实验测量到的大於广义相对论预言的部分相符, 那么自转引力的存在就基本证实了!

6. 自转引力的重要意义
理论意义: 自转引力类似于牛顿万有引力, 但各向异性, 在垂直于转动轴的方向, 自转引力要大一些. 这可解释许多天文现象. 从太阳系到星系, 存在许多二维的质量分布平面. 其中心通常都有大质量的自转物体, 且自转轴方向垂直于该平面. 这很容易解释: 在垂直于转动轴的方向, 自转引力要大一些, 吸引更多的物质. 因此, 月亮大约在地球赤道平面上运动. 地球大气层在赤道方向聚集更多的质量. 行星的卫 星及环大约处在该行星的赤道平面上. 所有行星大约处在太阳的赤道平面上. 但是, 牛顿理论及广义相对论不能解释这些现象!

经济意义: 地球的资源非常有限, 当今人们更多更频繁地使用动力交通工具. 这些交通工具消耗很多能源, 因为它们要克服地球引力作功. 但是, 自转引力可以用来抵消部分地球引力. 比如, 可在飞机的顶部放一个高速自转的质量, 该质量产生的自转引力可以部分抵消来自飞机下方的地球引力. 虽然飞机顶部的自转质量很小, 但其自转引力跟自转速度有关系, 高速自转的质量可产生与地球质量相比拟的引力.

7. 广义相对论的时空观与 我的时空观的比较广义相对论的时空观: 广义相对论是引力的理论. 该理论极其简单, 就是一句话: 引力就是弯曲的时空. 因此, 广义相对论认为时空是物质, 是测不出质量和能量的物质. 为了确定这种奇怪的物质, 爱因斯坦及其数学朋友发明了爱因斯坦场方程, 用来确定这种奇怪的物质. 此方程的一端跟弯曲时空的曲率有关, 另一端跟真实物质的能量动量有关. 很容易就知道这个方程是错误的. 爱因斯坦把时空当作实物, 因此弯曲时空必有不平凡的拓朴, 就好像弯曲的纸张有不平坦的形状. 但是, 爱因斯坦场方程跟拓朴没有丝毫的关系. 也就是说, 爱因斯坦场方程本身根本就不能给出爱因斯坦所想要的弯曲时空. 而爱因斯坦一生中又没有找到其它方程确定他的弯曲时空. 因此, 爱因斯坦所作的就是要求时空独立于物质而存在. 二十世纪的量子力学已经给了我们一个教训: 独立于真实物质实在的任何物理观念通常都是错误的!

我的时空观: 我的时空观是建立在真实物质的基础之上的. 空间表示真实物质的扩展性质, 时间是由真实物质的变化定义的. 牛顿的时空观也是建立在物质实在的基础之上的. 但牛顿时空观忽略了因果关系传播速度是有限的客观真理. 因此, 牛顿有了绝对的时间概念. 而我的时间及距离测量值都是依赖于参考标架的. 牛顿的惯性参考标架是运动着的实物. 比如, 地球惯性参考系就是假设地球没有自转且相对于地球静止的参考标架. 实际上, 在地球惯性参考系中, 任何检验粒子都受到地球引力的作用, 地球惯性参考系并非真正的惯性系. 在真正的惯性系中, 任何检验粒子或静止, 或作匀速直线运动. 然而, 进一步假设地球的质量为零, 牛顿的地球惯性参考系就是我的时空理论的惯性参考系. 在此惯性系中, 任何检验粒子或静止, 或作匀速直线运动, 因为地球的质量为零. 同样地, 牛顿的太阳惯性参考系就是我的时空理论的太阳惯性参考系, 只须假设太阳的质量为零. 在此惯性系中, 任何检验粒子或静止, 或作匀速直线运动. 依此类推, 牛顿的银河系惯性参考系就是我的时空理论的银河系惯性参考系, 只须假设整个银河系的质量为零. 因此, 我的惯性参考系真正表示平坦时空! 那么, 如何在地球惯性参考系中研究地球的引力呢? 按照经典力学, 平坦时空中引力的描述是一个拉格朗日形式. 如果地球没有自转, 描述地球引力的拉格朗日形式就是广义相对论中的希瓦尔兹得(Scharzschild) 度规形式. 因为广义相对论没有整体惯性系, 只有弯曲时空上的无穷组的无任何实际意义的数学坐标系, 希瓦尔兹得(Scharzschild) 度规形式必有各种数学坐标系下的表达形式, 如标准形式, 各向同性形式等等. 在我的时空理论中, 总是用一个平坦的惯性参考系来描述引力. 例如, 地球的引力用平坦的地球惯性参考系来描述. 因此, 只有希瓦尔兹得度规的某一种特殊数学表达形式才是我的地球引力拉格朗日形式. 究竟是那一种形式呢? 必须由实验确定, 我到现在还不知道答案.

至此, 你们知道, 广义相对论描述弯曲时空的度规形式被当成我的平坦时空中的引力拉格朗日形式. 这看起来有些疯狂. 其实我不疯狂, 如果你对广义相对论抱客观的态度, 且能冷静下来听我解释, 你就能理解我了. 广义相对论描述弯曲时空的度规也是我的时空理论中描述弯曲时空的度规! 不过, 我的弯曲时空总是相对于一个平坦时空背景作局部有限的弯曲. 地球质量造成的时空弯曲是相对于地球惯性参考系作局部有限的弯曲. 同样地, 太阳质量造成的时空弯曲是相对于太阳惯性参考系作局部有限的弯曲. 大家现在明白, 广义相对论就是我的时空理论, 只须有一个前提: 就是整个宇宙本身构成一个惯性参考系. 这个平坦惯性系是绝对的, 是一切物质变化的参考背景. 我的宇宙模型证明这个惯性系确是存在的, 因为它能解释天文观测结果而不存在矛盾, 也不需要假设大量暗物质, 暗能量的存在. 由於宇宙物质分布局部是不均匀的, 存在层次结构, 相应地, 惯性参考标架也具有层次结构. 时间和距离的测量值依赖于参考标架, 给我们一个时空弯曲的感觉, 且这种弯曲性可以用广义相对论的度规形式来描述.

总而言之, 广义相对论的时空观与 我的时空观的最大差别是: 第一, 整个宇宙本身构成一个平坦背景, 一切表观的时空弯曲是相对于这个背景作有层次的弯曲. 第二, 时空不是真实的物质, 是惯性参考标架对物体运动测量得出的印象. 弯曲时空不是真实的物质, 是不同参考标架之间测量值的变换关系得出的印象. 第三, 时间本质上不存在. 因为能被测量的只可能是真实物质的运动变化, 测量工具本身也只能是变化的物质, 例如最精确的测量工具通常使用变化的电磁波. 时间是实物变化的幻觉. 演化但平坦的宇宙提供最基础的时间. 第四, 爱因斯坦场方程是错误的, 因为它没有包含自转引力.

8. 引力量子化及太阳系行星轨道半径分布的规律
没有量子化的经典引力理论只能描述单个粒子的运动规律. 象太阳系那样的多粒子系统中的粒子分布不能用经典引力理论来描述. 广义相对论是至今都没有量子化的经典引力理论, 当然不能描述太阳系行星的分布. 任何力的量子化都必须有一个独立于该力的背景时空. 这是因为量子化必须有一个独立的因果关系作为基础. 因果关系由背景时空定义. 你可以量子化一个力, 但不能量子化力所处的因果关系. 但是, 爱因斯坦认为引力就是背景时空, 背景时空就是引力. 这就是为什么广义相对论产生九十多年了但不能量子化的根本原因. 九十多年来, 多少金钱消耗在不能量子化的广义相对论中. 但是, 我的引力理论总是有相应的惯性参考系作基础. 例如, 地球的引力用平坦的地球惯性参考系来描述. 太阳的引力用平坦的太阳惯性参考系来描述. 如果你一定要使用弯曲时空的数学观念, 那么地球质量造成的时空弯曲是相对于地球惯性参考系作局部有限的弯曲. 太阳质量造成的时空弯曲是相对于太阳惯性参考系作局部有限的弯曲. 因此, 我的引力理论总是可以量子化的: 相对于背景平坦惯性系的量子化. 为此, 我只须使用经典协变量子化的程序, 不引进任何新常数. 结果我的关于太阳引力的量子化真的能解释太阳系行星轨道半径分布的规律[5]. 真是奇迹啊!

9. 我的极其简单的宇宙模型[6]
既然爱因斯坦的纯数学意义的弯曲时空是不存在的, 宇宙就应当是平坦的. 那么由实物组成一个平坦的宇宙会得出一致性的结果且与天文观测相符吗?第一, 平坦的宇宙应当提供唯一永恒的参考标架. 一个没有参考标架的宇宙是混乱的, 任何实物的变化没有衡量标准. 因为宇宙是实物的, 那么基於实物的唯一永恒的参考标架是怎样实现的呢? 牛顿惯性标架的定义是不能应用的. 因为物体或静止或匀速直线运动不能定义一个宇宙的参考标架. 仅有的可能是, 宇宙中所有实物彼此趋於静止状态, 即彼此作减速运动. 这种运动也要求宇宙是演化的.

第二, 任何物质的运动速度不会是无穷大. 在宇宙任何阶段, 零质量粒子的速度最大. 这个要求以及宇宙均匀各向同性的要求就确定了宇宙中物体运动的拉格朗日形式, 且该形式只依赖于两个变量. 第三, 哈勃定律要求其中一个变量依赖于另一个变量. 因此, 平坦宇宙最多只能有一个变量来描述它, 我把这个变量称为宇宙变量. 宇宙变量随着宇宙演化时间的变化只有一种可能, 要么是增, 要么是减. 选取增 (或减) 必须符合所有的宇宙观测定律而没有矛盾! 第四, 平坦宇宙不会膨胀, 宇宙红移是引力红移, 引力红移要求宇宙变量的变化是增. 第五, 1998年 天文观测表明哈勃常数不是常数, 而是随着过去宇宙演化时间增大而增大, 这对应于宇宙变量的变化是增. 与引力红移事实没有矛盾. 第六, 宇宙的均匀性及视界的存在要求无质量的 光子的速度随着宇宙演化时间增大而减少, 这对应于宇宙变量的变化是增. 又一次没有矛盾. 第七, 平坦宇宙存在唯一永恒的参考标架. 这对应于宇宙变量的变化是增. 再一次没有矛盾. 第八, 宇宙平均质量密度随着宇宙演化时间增大而减少. 这再一次对应于宇宙变量的变化是增. 再一次没有矛盾. 这真是奇迹啊!! 我们还能相信宇宙大爆炸的学说吗?

10. 时间不是实物的社会意义
既然宇宙是平坦的, 时间这种简单但折磨人的东西就根本不存在. 一切都是真实的物质的变化. 宇宙的演化定义了绝对的永恒的宇宙时间. 局部的物质变化以 宇宙的演化为基准. 例如, 局部大质量造成的时空弯曲一定受到宇宙整体平坦时空的制衡. 因此, 那种极端的弯曲时空的观念, 如时间机器, 时间遂道, 时间倒流, 时空虫洞, 黑洞, 大爆炸, 等等是根本不存在的. 要知道, 人类的很多极端的动机及行为是因对於生命和宇宙的奥秘感所致. 从本质上讲, 是因时间这个怪物所致. 如果人们认识到没有时间, 只有实物的变化, 他们就懂得去寻求健康的变化. 避免因人类幻觉引诱的行为所带来的灾难变化而死亡, 从而走向新生. 要验证我的理论, 只须等待一个多月看GP-B实验的结果, 或者完成我的运动比萨斜塔实验!

[1] http://einstein.stanford.edu
[2] http://arxiv.org/abs/astro-ph/0510535
[3] http://arxiv.org/abs/astro-ph/0510536
[4] http://arxiv.org/abs/astro-ph/0604084
[5] http://arxiv.org/abs/astro-ph/0604084v4
[6] http://arxiv.org/abs/astro-ph/0605213v4