相对论之空间弯曲的诡异 

广义相对论认为，物理世界的万有引力并不存在，一个物体运动不是受另一个物体的引力作用而运动，而是因为另一个物体的物质改变了周围的空间，使空间发生弯曲，物体处在弯曲空间中才导致运动。相对论弄出的空间弯曲，既不是从物理实验得到的，也不是从空间测量得到的，而是用思想试验想当然的得出个似是而非创意，然后再用数学拼凑成计算公式作出证明的推演。然而，思想试验却弄错了，所谓的加速参考系中抛出的物体运动轨迹与引力试验室抛物运动轨迹不可随意类比；光射入加速参考系不发生弯曲。这个小问题使等效原理不等效，弯曲空间成为人工塑造空间。

一、相对论者的论述和思想实验 

爱因斯坦在《狭义与广义相对论浅说》中指出：

“例如，我们知道，相对于K（按照伽利略定律）作匀速直线运动的一个物体，它相对于作加速运动的参考物体K`（箱子）是在作加速运动的，一般还是在作曲线运动的。此种加速度或曲率相当于相对于K`存在的引力场对运动物体的影响。引力场以此种方式影响物体的运动是大家已经知道的，因此以上的考虑并没有为我们提供任何本质上新的结果。

但是，如果我们对一道光线进行类似的考虑就得到一个新的具有基本重要性的结果。相对于伽利略参考物体K，这样的一道光线是沿直线以速度c传播的。不难证明，当我们相对于作加速运动的箱子（参考物体K`）来考察这同一道光线时，它的路线就不再是一条直线。由此我们得出结论，光线在引力场中一般沿曲线传播。” 

爱因斯坦的第一段话说相对惯性参考系作匀速直线运动的物体，相对加速参考系物体要作加速运动（爱因斯坦对相对运动的认识是错误的，作者在别的文章中指出过，所以这里不再重提），并且等效于物体在引力场中受引力作用的曲线运动，但这是常见的相对运动没什么特别的用处。由于爱因斯坦将光的运动与物体运动等同看待，于是第二段话说光在惯性参考系中作直线运动，进入加速参考系中光将作曲线运动，再仿效物体运动进一步推论，光在引力场中沿曲线传播。 

还有相对论拥护者，更加具体细致地作了思想试验，如： 

 “假定有束水平的光，射进一个惯性实验室。根据狭义相对论，光在惯性系中将以不变的光速c作直线运动，现在实验室向上加速，成了加速实验室。既然这束光在原来的惯性系中是水平地向前运动的，那么相对加速系来说，它的运动必然要向下弯曲。根据等效原理，加速实验室等价于引力实验室，因此，这束光要是射进引力场，它也会向下弯曲。” 

“现在再来做一个实验。假如一个人在惯性实验室里向斜上方抛出一个小球，抛出以后小球不再受力，它遵从惯性定律，将做匀速直线运动。如果这个人在向上加速的加速实验室中向斜向上方抛出一个小球，小球如何运动呢？如果他在引力实验室里向斜上方抛出一个小球，小球又将怎样运动呢？显然，根据等效原理，在加速实验室和引力实验室里，小球的运动情况是相同的，它将作抛体运动。” 

以上两段引自某相对论者对等效原理意义和作用的诠释，按相对论的观点是正确的，符合爱因斯坦的本意。然而，这两段关于光和物体在不同实验室的运动现象的描述实质是错误的。产生错误的的原因有两个：一个是思想实验的现象分析失误，光在静止惯性系中水平直线运动，射进向上运动的惯性系或加速系中还是水平直线运动，不呈现抛物线状的向下弯曲线；另一个是等效原理的失误，即认为等效了，加速参考系出现的情况，引力场中也同样如此，实际情况不是那样，下节的分析要解答引力场与加速参考系的物体运动不同的问题。 

等效原理一般这样推导：先将物质的质量分为引力质量和惯性质量；然后列出力（引力）等于引力质量乘引力场强度、力（惯性力）等于惯性质量乘加速度两个公式；再后将两个等式相比，消去两个相等的质量，得到引力场强度等于物体的加速度，由此得出引力场等效于加速参考系的推论。等效原理的核心是物体受的引力与物体加速运动产生的惯性力对物体的作用等效，但相对论中不见提惯性力，有些材料上的等效原理应用惯性力是别人后加的。由于引力在距引力中心不同位置有变化，惯性力没有这种对应的变化，所以两种力的等效是近似的勉强的，而将物体的运动与光的传播等效则是虚假的。 

等效原理是从假设推论的原理。它不仅要求力的等效，而且要求曲线运动及不同学科相关的物理问题都等效。等效原理的效果相等或相似是引力与惯性力产生的结果，用在一个物体如自由落体的物体上成立，用在不同物体上会出现一个是恒量一个是变量的尴尬，虽然在原理的表述上经“局域”一词修补但无严谨可言。物体在引力场中受引力作直线或曲线的运动；在加速实验室中随实验室作加速运动，没有充分的自由活动及作曲线运动：两种容纳等效原理的场所中运动物体没有共同的运动规律。 

二、再做思想试验来比较 

“根据等效原理”如何如何，是相对论者作思想试验时用等效原理佐证，说他们的试验错了，就要再作思想试验来比较证明。为了将就实验，设这个实验室是一个透明的电梯且足够大，做抛物实验的物体可发光显示轨迹；电梯静止时是静参考系，运动时是动参考系；电梯在向上做加速运动时不存在引力，做光的实验时留有光线线路，其他性质不变。 

[试验1]设无重力电梯高500多米，电梯内的试验者站立悬浮在上部，脚与底板距离500米，电梯突然以均加速度g向上运动。在10秒内电梯内的人身上没有加速度，由于运动的相对性，电梯内底板上的人看试验者正在作自由落体运动，电梯外的人看到试验者的位置不变只有电梯在上升。相对电梯下落的人体上自然没有重力和惯性力。当人脚接触到电梯底板时，人体上产生了惯性力，试验者的失重感消失了，好像站在地面上一样。人继续随电梯加速上升，身体上还是没有重力，只有向下的惯性力，这个惯性力在人体上效果与重力的感受相似。 

若电梯（引力电梯）停在地面上，实验者从上部落下，与上段无重力电梯实验比较，则引力电梯内人自由落体运动与无重力加速运动悬浮人的相对运动，只能在特定情况下现象相似，本质上截然不同。引力电梯内自由落体人身上有重力和惯性力并真实下落，无重力电梯内相对运动人身上没有力的作用并没有真的下落。只有实验者分别站在引力电梯和无重力加速电梯底板上才有重力和惯性力等效的体验。所谓引力场与加速系不可分辨，是凭重力与惯性力的感受相似认可，并非真的不可分辨是重力还是惯性力。有必要指出感觉上不能分辨不等于真的不可分辨。再者用人的感受分辨建立原理也太简约了。 

[试验2]在地面上静止电梯里平抛一物体，物体在水平方向上作匀速运动，在竖直方向上向下作加速运动，物体运行的轨迹是平抛运动的抛物线。电梯外边的人看到的抛物线轨迹与电梯内的人看到的轨迹相同，这个平抛物线是物体运动的真实轨迹。在无重力电梯内作抛物实验，站在电梯底板上的人在平抛物体，电梯静止时是平直线轨迹；电梯匀速上升时，在电梯内看还是一条平直线，电梯外看是一条斜向上的直线；电梯加速上升时，电梯内看是一条平抛物线，电梯外看还是斜向上直线。若人悬浮在无重力加速电梯内平抛物，物体的运动轨迹是平直线，不受电梯运动的影响。 

在假设的无重力电梯中抛物，物体的运动轨迹从里和外看有直线也有抛物线状曲线。电梯加速上升，电梯上有惯性力，电梯内抛出的在电梯空间内运动的物体上不产生惯性力；只有物体受电梯约束与电梯一并运动，它的上面才产生惯性力。抛出物体作斜向上方向运动，因物体上有随电梯向上的速度（出手时瞬时速度）。从这里的试验可以看出，引力场中物体的运动轨迹不惟一呈抛物线（自由落体运动走直线），加速系中抛物的运动轨迹不惟一呈相对运动的抛物线。无重力加速系中观察者看到物体运动的轨迹弯曲呈抛物线形状，是观察者运动看到的物体相对运动效应而非物体的运动规律，不能代表物体的真实运动。 

[试验3]设电梯两侧各有一电线杆，从一侧电线杆上部的光源通过电梯向另一侧电线杆水平发射光线，光线如同无弯垂电线连接两电线杆，不管电梯如何运动，都影响不着光线。光线通过电梯与电梯的运动无关，与光线从电梯外通过给人的视觉效应相同。再形象地想象，电梯像木头，光线像锯木头的带锯，不管木头匀速运动还是加速运动，带锯只管运转但位置不变。 

向匀速或加速运动的电梯内发射光线，光线形状还是直线，根本没有抛物线轨迹。电梯底板上的人随电梯上升只能看到光线整段下降，绝不会有抛物线状弯曲光线。从这个光的试验可以看出，所谓“这束光在原来的惯性系中是水平地向前运动的，那么相对加速系来说，它的运动必然要向下弯曲”，纯属想当然，缺乏认真细致的分析，是个错误的论断。 

从上面三个思想试验得出结论：爱因斯坦与别的相对论者的思想试验将引力场中物体的真实运动（绝对运动）与加速参考系中物体的相对运动混为一谈，两种不同性质的运动虽然在特殊情况下有相似之处，但谈不上等效。其实即便真的等效也没什么用，相对论要的是物体运动与光的运动的等效。光线没有弯曲，物体的运动与光的运动不等效，等效原理也就成了无效原理。 

三、光线弯曲寻常事 

力学是物理学的分支。物体的运动属于力学中的运动学。物体在引力场中顺场强运动走直线，如地球附近物体作自由落体运动，从空中竖直（忽略风力和科氏力）落向地面。物体在与引力场强方向有倾角的运动中走曲线，如地面附近的平抛或斜抛运动，物体的运动轨迹是不同形状的抛物线。 

光学也是物理学的一个分支，研究光传播的规律。光与物质的关系很特殊，光照能使物质产生热，甚至改变物质的状态，这是光的能量作用于物质。物质对光的作用主要有吸收、折射和反射等，只能影响光的传播。光在有透明度的物质中可继续运动但要受到影响，光线在不同透光介质中传播受到影响主要是：透明度差的介质透光差，不同颜色的介质透过对应的颜色的光，不同的透光介质光速不同等。物体对光的作用更多的是反射光线，也正是物体对光的反射，才使人和动物看见丰富多彩的大千世界。物质对光的作用在于物体的表面形状和颜色。物体对光的作用都是光学效应，属于光学研究的问题。 

光的反射和光的折射都使光线有偏折的效果。光在同一透光物质（介质）中直线运动，经过不同介质时要发生反射和折射，反射姑且不论，折射的偏折连续变化使光线近似一条弯曲的曲线。从上述光的性质上说，光线发生弯曲不是什么奥妙，不必非得经过等效原理使光在引力场中作曲线运动，再否定引力利用物质分布制造弯曲空间。当然，为理论建树另辟蹊径另起炉灶的精神值得肯定，但发现错了也要否定。 

若星光真的在太阳或其他大质量天体（恒星表面没有明显的界面）附近发生弯折，不能排除天体表面附近空间的气体使光发生了折射。太阳表面没有像保龄球表面似的明显界面，即便给太阳设定一个表面，表面外不止是空无的空间，还有许多比表面内稀薄的物质，可以通过光但对光的运动要有影响，即对光有折射作用。这种折射现象，使人们想象地从侧面看是一条弯曲的光线。可以肯定地说，光线经过任何有气体的天体表面附近都要发生折射而弯曲。 

按光的粒子说，引力对光要有作用。若引力有使光线偏折的作用，那么光线射向大质量天体（如太阳），就应该使光加速；光线背离天体，光就会被减速。光不发生加速和减速，说明光不受引力作用和影响。一只手电筒的质量与太阳的质量无法相比，而电筒光与太阳光的速度都是30万千米/秒。可见光与光源质量无关。关于光有许多问题悬而未决，微粒说、波动说，电磁说、光子说、波粒二象性说等说法各有道理，但都不能彻底说清光的本质或本性。相对论用物体的运动规律代表光的运动规律，将光的传播与物体的运动等同看待，不知是理论缺陷还是理论糊弄。 

相对论借助于引力搞出等效原理，然后像用过的纸巾一样将引力抛弃。相对论不承认物体间有引力说物质引起空间弯曲，等到得出史瓦西解制造致密天体（后来命名黑洞）时又淡化了空间弯曲捡回抛弃的引力。这种出尔反尔反复无常的手法非同寻常。实际上有关广义相对论的解释和理论产物，没有一项离开引力：爱因斯坦就有引力场方程、引力波猜测和试图统一引力与电磁力的统一场论；黑洞理论推出后无人不说黑洞的引力无穷大连光都发不出。 

四、空间被作用 

相对论说空间是弯曲的，我们要问，弯曲的空间是什么样的？一个普通的常识：有形的东西可变形，无形的事物没有变形可言；空无的空间是无形的，因而也没有或直或弯的形变。相对论使用物质改变空间的无形，不加入物质质料是无法制出空间的形状。 

汽车在公路上行驶，要靠司机用方向盘把握方向；火车在轨道上行驶，直行或转弯靠直线或曲线轨道。这就是说物体运动保持和改变方向要靠一定的控制或限制条件才行。空间没有弯曲的轨道做限制条件，靠什么将光线弄弯曲了？靠等效原理？但相对论否定引力，对于空间来说既不能说是引力场也不能说是加速参考系，没什么等效的。 

无论如何，空无的空间发生弯曲是说不过去的。能够弯曲的空间必然有空间的形状，但有形状的空间并不存在，因为以周围物质包裹起来的空腔空间不算数，没有内部物质却有外形的空间事实上不成立。不依赖物质界限的空间无所谓膨大或缩小，没有物质质地的空间说不上有平直或弯曲的状态。胀大、缩小、平直、弯曲都是物体的属性，硬加到空间上去还不填充物质，这样的空间终归是数学的空间。 

物质使空间弯曲的机理是什么？没人作出解释，可能也没人问个为什么，好像谁问谁愚蠢似的。其实，说光线因引力而弯曲也能自圆其说，爱因斯坦不是说光子有动质量嘛，动质量受引力作用也能说得出呀。若真说引力使光线弯曲可能比物质使空间弯曲后光再弯曲在物理意义上要好些，但不能说，说了广义相对论便无可安身立命。引力对光有作用，在广义相对论中仅在产生黑洞时出现，尽管依然有光不出黑洞视界在界面的弯曲空间上环绕之说，但人们仍然认可引力且更愿说是引力使光发不出去。因此有相对论者宁可违背爱因斯坦的意志为他否定引力作开脱调和：广义相对论是爱因斯坦用几何语言描述的引力理论。 

为了将空间弄弯，广义相对论利用数学，用一个数学的空间充当实在空间。数学空间是一个以抽象的数和形虚拟的空间，其中黎曼几何的空间是弯曲的，呈椭球面或球面形体。广义相对论借用黎曼几何将天体周围的空间变为黎曼几何空间。所谓物体在曲面上运动走短程线，是物体靠物质曲面承载离不开曲面，在曲面上运动自然走曲线（从侧面看），但不一定走短程线，不自主地走短程线要靠约束条件，自主的走短程线要在曲面物质实体上优选路线，如轮船不能无控制自动地走航海的短程线。若说物体遵循数学空间的形状运动，只能存在数学范畴内，或虚拟世界里。 

数学空间凭空取代物理空间毕竟说不过去，于是广义相对论说是物质造成弯曲空间，弯曲的形状依赖于物质分布。空间弯曲受物质分布的影响，是说物质分布造成空间的黎曼几何的弯曲形状，还是说物质遵循黎曼几何在空间分布，不得而知。其实这个依赖于物质分布的空间的说法语焉不详模棱两可，既可理解为物质又可理解为空间，严格说既不是物质也不是空间。物质的分布只在物体里，不能分布到物体外去。球状天体内的物质分布有圈层结构，圈层的弯曲只在物体内，不代表也不延展到物体外的空间去。物质在物体内无论怎样分布，也没有什么奇异的作用制造物质外空间的形状。 

物质在空间运动，只能占据空间，不能有作用于空间。谁能作用空间？当然是人类的主观意志。牛顿认为空间是平直的，爱因斯坦说空间是弯曲的，说空间平直或弯曲都不是客观地描述空间，都是人的主观意志作用于空间。  

结束语 

判断一种理论对错好坏，首先要看它的理论基础和构造，然后再看它取得了什么成果即实践中的验证。反对伪科学相对论，就要从相对论的理论基础和理论构造认清其荒谬，不要理会许多可能是刻意制造的所谓验证。一个不从物理事实出发仅利用数学与物理概念拼凑起来的理论，不可能合乎逻辑和事实地解决物理问题。 

人们通常说的空间都指物质外部的空间，忽略其中仍有少量物质后的理想空间是一种没有直或弯状态的空无。地球的表面特别是海洋的表面是弯曲的，但这是货真价实的地球引力作用物质造成的。包裹地球的大气层（忽略细节）是弯曲的，那是物质或说是物质空间而不是理论上的空间。所谓物质分布使空间弯曲无凭无据，可能不但听者连说者都莫名其妙。 

作者：郭连成

2012年2月14日 于哈尔滨