運動比薩斜塔實驗及我的科研工作總結 (圖)

九十年來, 有一個理論從未得到物理實驗的驗證, 但卻被視為真理, 用來作為解釋天上各種現象甚至整個宇宙模型的基礎. 這個理論就是愛因斯坦的廣義相對論. 非常幸運的是, 美國航空航天局與斯坦福大學花費四十餘年終於共同設計建造了第一個物理實驗來驗證廣義相對論. 這個物理實驗是一個稱為引力探測器B的衛星實驗 (簡稱GP-B實驗)[1]. 目前 該實驗已經完成, 實驗結果要到2007年底公布. 但是 2007年四月美國物理學會年會上透露的一個初步結果的圖形 (見下圖)表明愛因斯坦是錯的!!

我們稱該圖形為初步結果圖. 如果初步結果圖得到最終證實, 人們將會問, 愛因斯坦究竟錯在那裏呢? 科學家神化 廣義相對論, 是因為基於太陽係及少量太陽係外天體的天文觀測, 表明廣義相對論的弱引力場結果是近似正確的. GP-B 物理實驗也是檢驗廣義相對論的弱引力場結果. 但其結果非常精確. 如果初步結果圖得到最終證實, 那就是說, 在一級近似下, 廣義相對論是正確的, 在高級近似下, 是錯的! 廣義相對論的基礎方程是愛因斯坦場方程. 因此, 愛因斯坦場方程是錯誤的. 這也難怪, 愛因斯坦場方程具有極大的猜測成分. 它的唯一概念基礎就是時空彎曲假設. 因此, 時空彎曲假設也必須修正. 這樣, 牛頓定律隻是引力規律的初級結果, 二級結果裏包含與牛頓定律不同的新定律. 廣義相對論沒有包含這個新定律, 當然沒有真正地推廣牛頓引力理論.

我的建議是, 這個新定律就是自轉引力. 這就是說, 自轉的地球不僅有正常的牛頓引力, 還有自轉運動造成的引力. 我將在下麵提出一個非常簡單的物理實驗來驗證這個新引力. 這是驗證廣義相對論的最便宜的實驗! 這個實驗稱為運動比薩斜塔實驗. 非常幸運的是, 通過最近七年的努力, 我在天體物理及宇宙學各重要領域得出了與天文觀測一致的係統結果. 我現在對我的科研工作作一個簡單的總結. 先從我的星係圖案的簡單數學模型講起.

1. 星係圖案的對稱性及其解析表達式
人類現在處在信息時代, 網絡讓科學研究成果無法隱藏. 穀歌地球讓人們看到地球表麵的每一個角落, 穀歌天空讓人們看到天上能觀測到的大部分天體和星係. 這些好像來自天堂的星係具有迷人的圖案. 星係的圖案近似反映星係的質量分布, 是引力相互作用的結果. 但引力的正宗理論廣義相對論卻對於理解星係的圖案無能為力. 這也顯示廣義相對論有問題. 從2000年底到2005年底, 我花了將近五年時間終於找到了隱藏於星係圖案背後的對稱性, 並找到了確定星係圖案的簡單解析表達式[2,3]. 例如, 兩維螺旋星係的圖案完全由指數型正交曲線網決定. 圖案的對稱性就是說, 其中任何一條曲線兩側的相鄰質量密度之比沿該曲線是相等. 這樣簡單的指數型對稱性卻與螺旋星係的方方麵麵的天文觀測結果吻合. 第一, 天文觀測顯示螺旋星係盤的光密度分布是沿矢徑指數減少的, 我的指數型對稱性推出這一定律. 第二, 螺旋星係的旋臂是對數型彎曲的, 我的指數型對稱性推出這一定律. 第三, 棒旋星係含有棒, 我的指數型對稱性隻容許盤及棒兩個解. 第四, 棒兩端是或強或弱的柄, 我的指數型對稱性給出的棒解確有或強或弱的柄. 第五, 我的對稱性也給出三維橢圓星係圖案的解. 這真是奇跡啊.

2. 星係圖案對稱性的潛在的應用: 地球上的台風
如今, 地球大氣汙染, 環境破壞, 人為造成地表溫度升高, 氣候不斷惡化, 台風增多, 且破壞力加強. 任何看過台風的衛星照片的人都會驚訝, 台風的形狀與螺旋星係何等相似呀. 既然我已得到星係圖案及其動力學的表達式, 是不是可以用來研究台風呢? 我認為完全有這種可能性. 雖然台風一旦生成, 受各種因素影響威力無比, 要是我們知道它們的形成機製, 我們可以把它們扼殺在搖籃之中. 可惜, 我的星係動力學理論違背 廣義相對論, 我得不到資金也得不到機會去研究台風.

3. 星係動力學及星係轉動曲線
我的星係圖案對稱性很自然導出 星係動力學, 且能解釋星係的轉動曲線[2]. 星係的轉動曲線就是星係中各點天體群繞星係中心的平均轉動速度隨星係矢徑的變化曲線. 廣義相對論對於星係動力學的研究無能為力. 目前的星係動力學是基於牛頓引力理論. 因為螺旋星係盤的光密度分布是沿矢徑指數減少的, 如果星係主要是由能發光的物體組成, 那麽星係轉動曲線按照牛頓定律必是沿星係矢徑減少. 相反地, 天文觀測結果是沿星係矢徑趨於常數, 或增加. 既然牛頓引力理論及廣義相對論不能解釋常數轉動曲線, 相對論科學家假設存在極大量不發光的暗物質. 正是這些大量暗物質圍繞星係的巧妙分布導致星係的常數轉動曲線. 但是, 我的基於星係圖案對稱性的動力學不需要暗物質, 直接要求星係轉動曲線不能減少. 這絕對不是巧合. 因此, 關於引力必定存在新的定律. 而廣義相對論沒有包含這個新定律, 當然沒有真正地推廣牛頓引力理論. 我提出了這個新定律, 它就是自轉引力.

4. 自轉引力及其對GP-B初步結果圖的解釋
我的最新的論文[4]就是解釋GP-B初步結果圖. 這個論文提出了引力新定律, 它就是自轉引力. 這就是說, 除了質量會產生引力, 自轉的物質還產生額外的引力. 這種引力類似於牛頓萬有引力, 但各向異性. 在垂直於轉動軸的方向, 自轉引力要大一些. 自轉引力能夠解釋GP-B實驗結果與廣義相對論的預言的偏差. 它也很可能是解釋星係轉動曲線的基礎.

5. 驗證自轉引力的運動比薩斜塔實驗
如果GP-B初步結果圖得到最終證實, 那麽廣義相對論必有錯誤, 我的解釋是它忽略了自轉引力. 其實, 我們可以作一個簡單的實驗來驗證自轉引力是否存在. 此實驗稱為運動比薩斜塔實驗. 為了測量地球的質量, 我們通常測量地球表麵的重力加速度. 這很容易, 就象當初迦裏略站在比薩斜塔上一樣, 讓一些物體同時開始自由降落. 迦裏略證實了所有的物體在同樣的時刻落地, 也就是說具有同樣的加速度. 為了真正地測量這個加速度的值, 我們隻須記錄落地所花的時間就好了. 但是地球作自轉運動, 我們的一切測量是在一個非慣性的轉動參考標架中進行的. 所得出的加速度是轉動係重力加速度, 根據這個加速度直接得出的地球質量是轉動係地球質量. 通常說的地球質量是牛頓慣性係地球質量. 為了得到牛頓慣性係地球質量, 人們通常不會建造一個真實的地球慣性係. 而是應用牛頓力學公式, 用轉動係重力加速度加上相應地球自轉的離心加速度, 得出地球慣性係重力加速度, 進而得出牛頓慣性係地球質量.

我們能否 建造一個真實的地球牛頓慣性係呢? 答案是肯定的. 如果我們讓比薩斜塔以每小時1286.57 公裏的均勻速度向西方運動(實際的物理實驗使用運動的實驗儀器), 則比薩斜塔的運動抵消了地球的自轉, 該比薩斜塔就是地球牛頓慣性係, . 在該比薩斜塔中測出的重力加速度就是地球慣性係重力加速度, 進而得出的地球質量就是慣性係地球質量. 這稱為運動比薩斜塔實驗. 此地球質量跟前述通過轉動係測量間接得出的地球慣性係質量是相等的嗎? 牛頓理論和廣義相對論的答案是相等. 如果存在自轉引力, 則答案是兩者不相等. 因為在運動比薩斜塔看來, 地球有可觀測的轉動運動, 轉動引力增加了自由降落物體的重量, 因此運動比薩斜塔測出的地球慣性係重力加速度大於牛頓理論和廣義相對論計算的慣性係重力加速度. 如果大出的部分與GP-B實驗測量到的大於廣義相對論預言的部分相符, 那麽自轉引力的存在就基本證實了!

6. 自轉引力的重要意義
理論意義: 自轉引力類似於牛頓萬有引力, 但各向異性, 在垂直於轉動軸的方向, 自轉引力要大一些. 這可解釋許多天文現象. 從太陽係到星係, 存在許多二維的質量分布平麵. 其中心通常都有大質量的自轉物體, 且自轉軸方向垂直於該平麵. 這很容易解釋: 在垂直於轉動軸的方向, 自轉引力要大一些, 吸引更多的物質. 因此, 月亮大約在地球赤道平麵上運動. 地球大氣層在赤道方向聚集更多的質量. 行星的衛 星及環大約處在該行星的赤道平麵上. 所有行星大約處在太陽的赤道平麵上. 但是, 牛頓理論及廣義相對論不能解釋這些現象!

經濟意義: 地球的資源非常有限, 當今人們更多更頻繁地使用動力交通工具. 這些交通工具消耗很多能源, 因為它們要克服地球引力作功. 但是, 自轉引力可以用來抵消部分地球引力. 比如, 可在飛機的頂部放一個高速自轉的質量, 該質量產生的自轉引力可以部分抵消來自飛機下方的地球引力. 雖然飛機頂部的自轉質量很小, 但其自轉引力跟自轉速度有關係, 高速自轉的質量可產生與地球質量相比擬的引力.

7. 廣義相對論的時空觀與 我的時空觀的比較廣義相對論的時空觀: 廣義相對論是引力的理論. 該理論極其簡單, 就是一句話: 引力就是彎曲的時空. 因此, 廣義相對論認為時空是物質, 是測不出質量和能量的物質. 為了確定這種奇怪的物質, 愛因斯坦及其數學朋友發明了愛因斯坦場方程, 用來確定這種奇怪的物質. 此方程的一端跟彎曲時空的曲率有關, 另一端跟真實物質的能量動量有關. 很容易就知道這個方程是錯誤的. 愛因斯坦把時空當作實物, 因此彎曲時空必有不平凡的拓樸, 就好像彎曲的紙張有不平坦的形狀. 但是, 愛因斯坦場方程跟拓樸沒有絲毫的關係. 也就是說, 愛因斯坦場方程本身根本就不能給出愛因斯坦所想要的彎曲時空. 而愛因斯坦一生中又沒有找到其它方程確定他的彎曲時空. 因此, 愛因斯坦所作的就是要求時空獨立於物質而存在. 二十世紀的量子力學已經給了我們一個教訓: 獨立於真實物質實在的任何物理觀念通常都是錯誤的!

我的時空觀: 我的時空觀是建立在真實物質的基礎之上的. 空間表示真實物質的擴展性質, 時間是由真實物質的變化定義的. 牛頓的時空觀也是建立在物質實在的基礎之上的. 但牛頓時空觀忽略了因果關係傳播速度是有限的客觀真理. 因此, 牛頓有了絕對的時間概念. 而我的時間及距離測量值都是依賴於參考標架的. 牛頓的慣性參考標架是運動著的實物. 比如, 地球慣性參考係就是假設地球沒有自轉且相對於地球靜止的參考標架. 實際上, 在地球慣性參考係中, 任何檢驗粒子都受到地球引力的作用, 地球慣性參考係並非真正的慣性係. 在真正的慣性係中, 任何檢驗粒子或靜止, 或作勻速直線運動. 然而, 進一步假設地球的質量為零, 牛頓的地球慣性參考係就是我的時空理論的慣性參考係. 在此慣性係中, 任何檢驗粒子或靜止, 或作勻速直線運動, 因為地球的質量為零. 同樣地, 牛頓的太陽慣性參考係就是我的時空理論的太陽慣性參考係, 隻須假設太陽的質量為零. 在此慣性係中, 任何檢驗粒子或靜止, 或作勻速直線運動. 依此類推, 牛頓的銀河係慣性參考係就是我的時空理論的銀河係慣性參考係, 隻須假設整個銀河係的質量為零. 因此, 我的慣性參考係真正表示平坦時空! 那麽, 如何在地球慣性參考係中研究地球的引力呢? 按照經典力學, 平坦時空中引力的描述是一個拉格朗日形式. 如果地球沒有自轉, 描述地球引力的拉格朗日形式就是廣義相對論中的希瓦爾茲得(Scharzschild) 度規形式. 因為廣義相對論沒有整體慣性係, 隻有彎曲時空上的無窮組的無任何實際意義的數學坐標係, 希瓦爾茲得(Scharzschild) 度規形式必有各種數學坐標係下的表達形式, 如標準形式, 各向同性形式等等. 在我的時空理論中, 總是用一個平坦的慣性參考係來描述引力. 例如, 地球的引力用平坦的地球慣性參考係來描述. 因此, 隻有希瓦爾茲得度規的某一種特殊數學表達形式才是我的地球引力拉格朗日形式. 究竟是那一種形式呢? 必須由實驗確定, 我到現在還不知道答案.

至此, 你們知道, 廣義相對論描述彎曲時空的度規形式被當成我的平坦時空中的引力拉格朗日形式. 這看起來有些瘋狂. 其實我不瘋狂, 如果你對廣義相對論抱客觀的態度, 且能冷靜下來聽我解釋, 你就能理解我了. 廣義相對論描述彎曲時空的度規也是我的時空理論中描述彎曲時空的度規! 不過, 我的彎曲時空總是相對於一個平坦時空背景作局部有限的彎曲. 地球質量造成的時空彎曲是相對於地球慣性參考係作局部有限的彎曲. 同樣地, 太陽質量造成的時空彎曲是相對於太陽慣性參考係作局部有限的彎曲. 大家現在明白, 廣義相對論就是我的時空理論, 隻須有一個前提: 就是整個宇宙本身構成一個慣性參考係. 這個平坦慣性係是絕對的, 是一切物質變化的參考背景. 我的宇宙模型證明這個慣性係確是存在的, 因為它能解釋天文觀測結果而不存在矛盾, 也不需要假設大量暗物質, 暗能量的存在. 由於宇宙物質分布局部是不均勻的, 存在層次結構, 相應地, 慣性參考標架也具有層次結構. 時間和距離的測量值依賴於參考標架, 給我們一個時空彎曲的感覺, 且這種彎曲性可以用廣義相對論的度規形式來描述.

總而言之, 廣義相對論的時空觀與 我的時空觀的最大差別是: 第一, 整個宇宙本身構成一個平坦背景, 一切表觀的時空彎曲是相對於這個背景作有層次的彎曲. 第二, 時空不是真實的物質, 是慣性參考標架對物體運動測量得出的印象. 彎曲時空不是真實的物質, 是不同參考標架之間測量值的變換關係得出的印象. 第三, 時間本質上不存在. 因為能被測量的隻可能是真實物質的運動變化, 測量工具本身也隻能是變化的物質, 例如最精確的測量工具通常使用變化的電磁波. 時間是實物變化的幻覺. 演化但平坦的宇宙提供最基礎的時間. 第四, 愛因斯坦場方程是錯誤的, 因為它沒有包含自轉引力.

8. 引力量子化及太陽係行星軌道半徑分布的規律
沒有量子化的經典引力理論隻能描述單個粒子的運動規律. 象太陽係那樣的多粒子係統中的粒子分布不能用經典引力理論來描述. 廣義相對論是至今都沒有量子化的經典引力理論, 當然不能描述太陽係行星的分布. 任何力的量子化都必須有一個獨立於該力的背景時空. 這是因為量子化必須有一個獨立的因果關係作為基礎. 因果關係由背景時空定義. 你可以量子化一個力, 但不能量子化力所處的因果關係. 但是, 愛因斯坦認為引力就是背景時空, 背景時空就是引力. 這就是為什麽廣義相對論產生九十多年了但不能量子化的根本原因. 九十多年來, 多少金錢消耗在不能量子化的廣義相對論中. 但是, 我的引力理論總是有相應的慣性參考係作基礎. 例如, 地球的引力用平坦的地球慣性參考係來描述. 太陽的引力用平坦的太陽慣性參考係來描述. 如果你一定要使用彎曲時空的數學觀念, 那麽地球質量造成的時空彎曲是相對於地球慣性參考係作局部有限的彎曲. 太陽質量造成的時空彎曲是相對於太陽慣性參考係作局部有限的彎曲. 因此, 我的引力理論總是可以量子化的: 相對於背景平坦慣性係的量子化. 為此, 我隻須使用經典協變量子化的程序, 不引進任何新常數. 結果我的關於太陽引力的量子化真的能解釋太陽係行星軌道半徑分布的規律[5]. 真是奇跡啊!

9. 我的極其簡單的宇宙模型[6]
既然愛因斯坦的純數學意義的彎曲時空是不存在的, 宇宙就應當是平坦的. 那麽由實物組成一個平坦的宇宙會得出一致性的結果且與天文觀測相符嗎?第一, 平坦的宇宙應當提供唯一永恒的參考標架. 一個沒有參考標架的宇宙是混亂的, 任何實物的變化沒有衡量標準. 因為宇宙是實物的, 那麽基於實物的唯一永恒的參考標架是怎樣實現的呢? 牛頓慣性標架的定義是不能應用的. 因為物體或靜止或勻速直線運動不能定義一個宇宙的參考標架. 僅有的可能是, 宇宙中所有實物彼此趨於靜止狀態, 即彼此作減速運動. 這種運動也要求宇宙是演化的.

第二, 任何物質的運動速度不會是無窮大. 在宇宙任何階段, 零質量粒子的速度最大. 這個要求以及宇宙均勻各向同性的要求就確定了宇宙中物體運動的拉格朗日形式, 且該形式隻依賴於兩個變量. 第三, 哈勃定律要求其中一個變量依賴於另一個變量. 因此, 平坦宇宙最多隻能有一個變量來描述它, 我把這個變量稱為宇宙變量. 宇宙變量隨著宇宙演化時間的變化隻有一種可能, 要麽是增, 要麽是減. 選取增 (或減) 必須符合所有的宇宙觀測定律而沒有矛盾! 第四, 平坦宇宙不會膨脹, 宇宙紅移是引力紅移, 引力紅移要求宇宙變量的變化是增. 第五, 1998年 天文觀測表明哈勃常數不是常數, 而是隨著過去宇宙演化時間增大而增大, 這對應於宇宙變量的變化是增. 與引力紅移事實沒有矛盾. 第六, 宇宙的均勻性及視界的存在要求無質量的 光子的速度隨著宇宙演化時間增大而減少, 這對應於宇宙變量的變化是增. 又一次沒有矛盾. 第七, 平坦宇宙存在唯一永恒的參考標架. 這對應於宇宙變量的變化是增. 再一次沒有矛盾. 第八, 宇宙平均質量密度隨著宇宙演化時間增大而減少. 這再一次對應於宇宙變量的變化是增. 再一次沒有矛盾. 這真是奇跡啊!! 我們還能相信宇宙大爆炸的學說嗎?

10. 時間不是實物的社會意義
既然宇宙是平坦的, 時間這種簡單但折磨人的東西就根本不存在. 一切都是真實的物質的變化. 宇宙的演化定義了絕對的永恒的宇宙時間. 局部的物質變化以 宇宙的演化為基準. 例如, 局部大質量造成的時空彎曲一定受到宇宙整體平坦時空的製衡. 因此, 那種極端的彎曲時空的觀念, 如時間機器, 時間遂道, 時間倒流, 時空蟲洞, 黑洞, 大爆炸, 等等是根本不存在的. 要知道, 人類的很多極端的動機及行為是因對於生命和宇宙的奧秘感所致. 從本質上講, 是因時間這個怪物所致. 如果人們認識到沒有時間, 隻有實物的變化, 他們就懂得去尋求健康的變化. 避免因人類幻覺引誘的行為所帶來的災難變化而死亡, 從而走向新生. 要驗證我的理論, 隻須等待一個多月看GP-B實驗的結果, 或者完成我的運動比薩斜塔實驗!

[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