时空弯曲是必须的吗？

　　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，将性质的引力场进行这种抽象的几何化的做法，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/ｃ²和ｒ＝0处奇异（趋于无穷大）。但是,ｒ=2MG/ｃ²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/4πεr²……（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 =Bqvsinθ……（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：

　　　　　　　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

[1]