廣義相對論看來也問題重重

戴榕菁

幾個月前我開始論證狹義相對論的錯誤時一再聲明廣義相對論的合理性應該不會受到我們淘汰狹義相對論的影響，這背後主要有這樣兩個原因：1）與狹義相對論的動鍾變慢和動尺變短的想象不同，作為廣義相對論的出發點的愛因斯坦等效原理在邏輯上還說得過去；2）基於等效原理的一個間接假說，引力會造成光線彎曲的假說，被一再報導得到了宇宙學觀測的驗證。

但是，當我把狹義相對論的戰場基本清理完畢來檢視廣義相對論會因淘汰狹義相對論而受到什麽樣的影響的時候，我越來越發現，淘汰狹義相對論對於廣義相對論的衝擊，遠超出當初以為的程度，甚至隱隱間感到會出現顛覆性的衝擊。

首先，作為廣義相對論場方程的基本元素的所謂的度量張量（Metric Tensor）是建立在狹義相對論建立起的時空可以互換的基礎上的，而且盡管愛因斯坦聲稱在引力場中光速可以是位置變量，其實，在廣義相對論中光速必須象在狹義相對論中那樣是一個絕對常量，因為為了建立度量張量，就必須要求ds為不變量，這是張量的基本特性，而如我在《找到他們修改愛因斯坦廣相假設的原因了》一文中指出的那樣，為了讓ds為不變量，就要求光速必須為常量。

這裏要特別說明一點，作為廣義相對論的基礎的度量張量所涉及的光速常量是在抽象真空中的光速，而過去幾個月裏我所推翻的作為狹義相對論的第二假設的光速常量指的是對於所有觀察者來說的光速，因此我在那裏的結論並不影響作為廣義相對論的基礎元素的真空光速常量。

但是，推翻狹義相對論仍然會從兩個方麵來對那個度量張量產生影響：1） 為了要使ds是不變量僅有光速為常量這一條是不夠的，還需要有洛倫茲變換，因為在局部的切平麵（tangent plane）裏，ds蛻化為閔可夫斯基的時空距離，它隻有在洛倫茲變換下才是不變量（這裏先排除牛頓經典力學）。而推翻狹義相對論的一個最主要的後果就是徹底否認洛倫茲變換的物理真實性；2）推翻狹義相對論的另一個重要的意義是宣布時間與空間是相互獨立的，這也直接否定了愛因斯坦的四維時空張量的意義。

因此，推翻狹義相對論可以說直接撼動了愛因斯坦廣義相對論場方程的根基。

而愛因斯坦用來論證引力對於時間的影響的是另一個思想實驗，即旋轉盤上的時空的彎曲。但是，在那個實驗裏他需要借助狹義相對論的洛倫茲變換。因此，對於狹義相對論的洛倫茲變換的否定就直接推翻了愛因斯坦用來論證引力場對於時間的影響的邏輯基礎。

其實，即便是沒有推翻洛倫茲變換的真實性，愛因斯坦的那個思想實驗的邏輯也是有問題的。因為他在實驗中隻考慮了沿著圓周切線方向運動對於時間的影響而沒有考慮以勻速沿著圓盤徑向運動或豎直方向運動的影響。問題在於，我們隻有一個時間維卻有三個空間維度，因此他的那個旋轉圓盤的思想實驗根本無法作為證明加速運動（對於愛因斯坦來說加速運動等同於引力場）對於時間的影響的依據！

再者，至今為止在世界範圍的媒體中被以一種洗腦式的宣傳反複聲稱的“愛因斯坦又對了”的所謂實驗驗證中唯一站得住腳的就是光線在引力場中的彎曲和引力透鏡現象，以及對於一些星體運動方程的修正。而地球上所做的所謂的引力影響時間的實驗驗證不但疑點極大而且即便沒有人為的不實操做，其結果最多表明引力對相關的物理過程產生影響而不是什麽引力影響時間的證據。

有關所謂的引力影響時間的實驗報告比較啟人疑竇的是不但對精度要求極高（十的負十幾次方以上的精度）使得一般人無法重複而且報告的方式也很奇怪，雖聲稱可以測出一米高度差和一毫米高度差引起的時間變化，而且聽上去簡單到隻要移動探頭高度就行，卻不能如一般其它實驗那樣畫出時間隨高度變化的曲線，而隻是報道有兩個點的時間可以進行對比【[1],[2]】。這就使得我雖然沒有證據來懷疑他們的實驗的真實性，卻也無法接受他們的實驗的可靠性，盡管他們掛了一個世界上精度最高的NIST的大牌子。我向來隻認真理不認人。

結論：

1） 盡管我不能象推翻狹義相對論那樣地宣布推翻了廣義相對論，我可以說廣義相對論的場方程的推導基礎有著嚴重的邏輯缺陷。

2）如果說光線的引力彎曲和引力透鏡現象可以表明時空發生了彎曲，那麽表明的也隻是沒有涉及時間的空間彎曲，這一方麵因為由狹義相對論推出的時空互換本身是錯的，更主要的是愛因斯坦論證引力對時間的影響的邏輯存在嚴重缺陷，至於所謂的驗證引力影響時間的實驗報道不但其可信度有問題，而且即便數據真實，如Jefimenko多年前在對類似問題的研究中指出的那樣，也隻能說明引力對相關物理過程有影響而不是什麽引力對時間產生影響。

 

 

 

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[[1]] C. W. Chou, et al (2010). “Optical Clocks and Relativity”. 24 SEPTEMBER 2010 VOL 329 SCIENCE. Retrieved from: http://webs.ftmc.uam.es/juancarlos.cuevas/Teaching/Chou-Hume-Rosenband-Wineland-Science2010.pdf

[[2]] Redmond K. (2022). A new clock shows how gravity warps time — even over tiny distances. Retrived from: https://www.snexplores.org/article/a-new-clock-shows-how-gravity-warps-time-even-over-tiny-distances

[慕容青草]

對於不熟悉愛因斯坦用旋轉圓盤論證加速度對時間的影響的讀者，這裏做一介紹：
在一勻速旋轉的圓盤上，每一點的切向速度隨到圓心的距離而變化。。。因此，愛因斯坦根據洛倫茲的動鍾變慢得出結論，每一點的時間是不同的。。。
但隨著推翻狹義相對論，我們知道洛倫茲變換並不具有真實的物理意義。

[慕容青草]

考慮到有非理工背景的讀者，這裏就相關問題中比較容易搞混的概念澄清一下：

所謂的不變量invariant指的不是該物理量自身不隨時間空間變化，而是指它不因坐標變換而改變。
而所謂的常量constant對應的不是上述的不變量，而是隨時間或空間而改變的變量variable。

所謂的張量指的是對應真實的物理（包括幾何）量的多維矩陣，而且一定要是不變量(invariant)。比如應力不會隨著坐標變換而改變。在經典牛頓力學中空間距離也是不會隨坐標變換而改變，但是到了相對論力學後，因為有所謂的動鍾變慢和動尺變短，空間距離就不再是不變量，而那個四維的距離成為了在洛倫茲變換下的不變量。

因此，愛因斯坦所要求的ds為絕對不變量是作為他的廣義相對論場方程的基本元素的度量張量的前提條件。如果ds不是不變量，那麽用來計算距離的度量矩陣就不再是張量。。。。。。