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是光线的引力偏折还是光的折射现象?——浅谈广义相对论
[楼主] 作者:dongmin1948  发表时间:2012/03/04 16:43
点击:2882次

    根据广义相对论,光和物体的运动一样,受到引力场的作用,会偏向引力源。此为光线引力偏折。光线的引力偏折现象被认为是广义相对论的实验检验的主要证据。

     1915年,爱因斯坦计算出从太阳附近穿过的星光的偏折角度为1.75“(角秒)。1916年,爱因斯坦发表了他的广义相对论,预言经过恒星附近的光会发生引力偏折,致使恒星发生视差。论文受到著名的英国天文学家,物理学家,数学家爱丁顿(1882-1944年)的重视和赏识,因为爱丁顿1905年到格林尼治天文台工作时,曾经做过天体测量与小行星视差方面的工作。由爱丁顿率领的观测队到非洲西部的普林西比岛观测1919年5月29日的日全食,拍摄日全食时太阳附近的星空照片,与太阳不在这一天区时的星空照片相比对,光线偏折的角度与爱因斯坦的预言基本符合(但后来的研究有人认为,爱丁顿的数据并不准确,是歪打正着地宣布了广义相对论的正确)。由于爱丁顿的推崇,媒体的报导,振动了全世界。

     由于恒星对光都能产生吸引,后来的设想就更多了。“歪曲空间”,“四维时空”等突破性的概念的建立,抽象的多维非欧几何时空取代了自然的欧几里得三维空间。直到后来“黑洞奇点”,“大爆炸奇点”理念的形成。爱因斯坦后半辈子的许多时间里,为建立力的大统一理论(GUT研究),把所有的自然的力统一到引力中来,企图把引力描写成宇宙的主导者。2010年下半年,霍金在他的名著《大设计》中推崇的M理论,其中包含有:十一维时空的超对称的引力理论(超引力),十一维时空的超膜理论,也包括十维时空的五种超弦理论;他认为是宇宙万物终极理论的唯一候选者。在“超引力”中,描述自旋为2的引力子与自旋为二分之三,二分之一的物质粒子(费米子)和自旋为0, 1的携带力的粒子(玻色子)的结合,称为“超粒子”的终极粒子。以上这些宇宙的“超级理论”都与光线的引力偏折密切相关。

     光线穿过恒星附近的偏折现象,其实不是恒星引力场的作用。有许多研究员认为光的偏折现象是电磁场的作用,电磁力比万有引力大37个数量级,万有引力与电磁力比较是微乎其微的。有关电磁力与光的作用,前辈科学家先后发现了法拉第磁光效应,克尔效应,塞曼效应,科顿-穆顿效应和许多科学实验。

     在此,我提出另一个可能引起光线偏折的物理原因是光的折射现象。

     光从光疏媒质空气射入光密媒质水中时,发生了光的折射现象,折射线与法线的夹角比入射线与法线的夹角要小。发生折射现象的原因是光在光密媒质中受到的阻力增大引起的。这些是人们共知而没有异议的问题。

     地球的大气是透明媒质,它对外太空来说是光密媒质,从外太空到地面是密度渐增的光密媒质。地球物理学家把地球的大气层分为:对流层(0-10km),平流层(10-50km),中间层(50-85km),热层(85-800km),散逸层(800-2000km);2000km-16000km高空依然有稀薄的气体。大气层的厚度是地球半径的数倍以上。来自外太空的光线经过地球附近时,也会产生折射现象。折射线是一条偏向地球的弧线。因为光从光疏媒质进入密度渐增的光密媒质时,折射程度是渐增的,所以形成了弧线。

     太阳的大气,科学家把它分成三层:光球层(厚度500km),色球层(厚度8000km),日冕层(厚度数百万km以上)。太阳大气的总厚度也是太阳半径的数倍以上。太阳大气从外太空到内部也是密度渐增的光密媒质。远处星光的光线经过太阳附近时也发生折射现象,折射线也是一条偏向太阳的弧线。

     所以,我认为用光的折射原理解释此光线偏折现象更加直观,可靠,无可争议。

     爱因斯坦的数学计算是不可靠的。真正的探讨光线偏折物理现象的数学模型应该从牛顿引力加折射原理中推导出来。不知诸位是否有同感? 

 

 

 

 

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 [2楼]  作者:否定相对论  发表时间: 2012/03/04 19:28 

是光的折射原理,这种说法是唯一正确的。但需要更正一点,光在进入密度大的介质时速度会变快。光在水中的速度远远大于空气中的速度。
 [3楼]  作者:youngler  发表时间: 2012/03/05 08:54 

,,其实是一回事情。光的分子介质折射,你可以说是电磁力偏折。
 [4楼]  作者:马国梁  发表时间: 2012/03/05 09:23 

完全正确。请看我的这篇帖子http://club.xilu.com/hongbin/msgview-950451-3356.html
利用日全食的机会所测量的遥远星光在通过太阳附近时的偏折角(平均值为1.89″)一向被认为是对广义相对论的最有权威性的证明之一。当有人提出“太阳大气的折射作用”时,另外则有人认为“完全可以忽略”。可是果真如此吗?下面我们参照地球地平线光的偏折角来计算一下掠日光线的偏角。
前不久,我曾导出一个公式。我认为地平线光的大气折射偏角为
Δα=(n。—1)SQRT(πr。μg / 2 RT )
将 n。= 1.000293 r。= 6380000 m μ= 0.0289 kg / mol g = 9.8 m /ss R = 8.314 J / mol K T=273 K 代入得
Δα=0.01036 rad = 35.6′ 这与实际情况是相符的。也证明了公式的正确性。
式中 (n。—1)与地面大气的密度ρ。成正比. 设 n。—1 = kρ。
则 k = (n。—1)/ρ。=(1.000293—1)/1.29 = 0.000227 ( m^3 / kg )

而对于太阳大气来说,ρ。'的数量级为 0.0001 kg / m^3
r。'= 700 000 000 m μ'= 0.0025 kg / mol g'=274 m / ss
T'= 6000 K 则掠日光线的总偏角为
Δα'=2 kρ。'SQRT(πr。'μ'g'/ 2 RT')
= 0.000 00558 rad = 1.15″
即 Δα'的数量级为1″。这与1.89″的测量结果比起来能忽略吗?所以我坚定地认为:掠日光线的偏角绝不是由“空间弯曲”造成的;恰恰相反,造成这一结果的真正原因正是“太阳大气的折射”!
 [5楼]  作者:youngler  发表时间: 2012/03/05 16:12 

,,太阳因为引力很大,具有折光影响的大气层厚度是可以计算的,比我们想象的厚度还薄得多。假设主要是氢气和氦气,可以从物理手册查到,多大温度和压力成为液体,然后总共有多厚的大气层厚度,可以计算的。
 [6楼]  作者:youngler  发表时间: 2012/03/06 08:21 

,,昨天晚上,从物理手册上查到的大气压强与高度的关系

,,,, p = p0 exp ( - μ g H / R T )

,,由这个算式可以估计太阳大气层的厚度,
 [7楼]  作者:马国梁  发表时间: 2012/03/06 09:57 

算过啦!太阳大气的标高H为148千米;表便密度为0.2087克/立方米,表面大气压为8.46千帕。
[楼主]  [8楼]  作者:dongmin1948  发表时间: 2012/03/06 12:11 

对5楼:首先谢谢你的关注,能一起讨论这一问题,很高兴。我认为太阳大气层的厚度很难计算出来。它不像地球,人类有许多航天器往返穿过大气层,大气层厚度有直接观测的可能。
对于太阳大气层的厚度,也有可能比我们想象或计算的结果要厚的多。太阳与地球不一样,太阳是一个有强烈辐射物质的天体,它的辐射有两个方面:1,光辐射。它把光粒子及其能量以球面辐射的形式,一直不断地射向太空。2,短程辐射。各种物质粒子辐射。前辈科学家对太阳系起源的多种学说中,以各种不同的“漩涡说”为主流。太阳系的八大行星,行星带,星际介质几乎分布在一个盆型的平面中。太阳自转的线速度比地球自转的线速度大得多,太阳辐射的各种粒子以持续太阳风和扰动太阳风的形式飞离出去,形成物质旋涡。由太阳黑子和耀斑爆发形成的扰动太阳风的高能质子,电子到达地球高纬度区域能形成“极光”或干预地球表面的短波通讯等现象,是可以有直接观测证据的。
太阳大气层的厚度,不能用简单的类比的方法去估计,如地球大气层的厚度是地球半径的数倍,那太阳大气的厚度也是太阳半径的数倍。应从太阳大气的成因说起,我认为:
一,太阳的核反应与后产物。
1,太阳内部发生强烈的质子(氢核)碰撞,碰撞结果产生大量的电子和正电子。
2,电子与正电子湮灭,产生大量的光子和中以太粒子(中微子),正以太粒子(通常导体中的电流载体物 质),质量以太粒子(通常空间中的光以太粒子)。内部形成很大的体积膨胀压力。(此为核能的本质)
3,大量的正电子自发地非常迅速地衰变成上述三种以太粒子。有大量的电子多余出来。
4,质子捕获到电子形成中子。
5,质子与中子的结合形成氘核,氚核,再形成氦核(α粒子)。

二,太阳大气底层下的米粒组织结构。
米粒组织结构是天文观测到的一种像米粒一样的图像。我认为它含有的主要物质粒子有:光子,三种以太粒子,部分电子,部分质子,部分α粒子。核子呈离子态。
1,大量的光子。有大量的光子拥挤在这里,开始排列,发射。
2,大量的三种以太的粒子从缝隙间迅速地挤向光球层,色球层并向日冕层运动。
3,部分电子,质子,α粒子的团粒结构也迅速地挤向光球层,色球层,日冕层。
三,太阳大气的形成与结构成分。
1,在光球层,色球层里,质子捕获到电子成为氢原子;α粒子捕获到电子成为氦原子;因为高温,它们形成气态的分子。这些气体向日冕层运动。氢气和氦气构成太阳大气的主体成分。
2,在光球层色球层日冕层的太阳大气中,还有大量的以上三种以太物质粒子的混合物。“热”的本质是以太物质的振动,以太物质振动的激烈的程度显示温度的高低。从光球层到日冕层,由于空间的增大,以太物质的振动幅度得到释放,所以从光球层,色球层,日冕层其温度是递增的。
3,大量的三种以太粒子和少量的电子,质子,α粒子从日冕层的冕洞中吹出来。形成以太风。微小的质量以太粒子从冕洞中出来,类似小孩的吹肥皂泡的工具,形成无数的以太泡沫,向太阳系的空间扩散。正以太粒子随太阳风的扩散形成空间电场,太阳携带正电,地球携带负电被检测到,是因为正以太粒子在空间的分布密度成平方反比率的缘故。中以太(中微子)也是太阳风的主要成分,扩散到太阳系空间中。多种以太物质的混合物结构的有序运动(平动或转动)形成“磁”,这就是磁的本质。空间磁场,地磁场,太阳磁场(包括黑子旋涡),中子星磁场,电子磁场,核磁场等都是。磁场是粒子,天体的自旋或自转牵动的以太物质的有序转动引起的。
四,根据以上分析,我认为可以得出如下结论:存在太阳表面的大气层(光球层,色球层,日冕层)中的氢气,氦气是不可能回到太阳的内部中去继续参加核反应。它只能存在太阳的表面,而且越积越多。太阳诞生已有50亿年,它已积累了多少气体,谁知道?它的厚度怎么能与地球比较呢!何况,地球的大气有逐步缓慢失去的可能。



[楼主]  [9楼]  作者:dongmin1948  发表时间: 2012/03/06 12:25 

对4楼:马国梁老师:谢谢你的参与和宝贵意见。太阳大气的厚度请你参考有关资料。
 [10楼]  作者:马国梁  发表时间: 2012/03/06 15:11 

无论如何我们都不可能把托里拆利搬到太阳表面去做,所以只能是推算。所以这就看谁的推算过程更令人信服了。大气成分当然不同,温度嘛,那就更的考虑了。
[楼主]  [11楼]  作者:dongmin1948  发表时间: 2012/03/06 16:44 

对10楼,6楼:谢谢两位:太阳直径(光球层底部为止)140万公里,是地球直径(1.3万公里)的109倍。太阳最外层大气日冕层延伸到数倍太阳直径以外的空间里,估计达400万公里以上。这是日全食时或平时使用特殊的日冕仪直观测到的大气层厚度,其数值在130万公里以上。我估计的厚度包括不能直观看到的直径数值,可能远远超过这个数字。而马国梁老师的计算结果,其厚度只有148公里,相差10000倍,肯定是错误的。130万公里是天文直观观测的结果。
 [12楼]  作者:马国梁  发表时间: 2012/03/06 17:03 

什么“太阳大气厚度是148公里”?是大气标高148公里。即每上升148公里,大气压即减小e倍。

地球的大气标高H是8公里。
 [13楼]  作者:否定相对论  发表时间: 2012/03/10 18:53 

对【8楼】说:
太阳大气的厚度,往大里估计是完全正确的.
 [14楼]  作者:马国梁  发表时间: 2012/03/11 07:45 

若是将太阳表面抛射的质点粒子也算作大气成分的话,那么太阳大气的厚度应该是是太阳系的范围,起码是数亿千米。所以这就看我们怎么定义它的边界了。可以说是有限无界的。

※※※※※※
-150
[楼主]  [15楼]  作者:dongmin1948  发表时间: 2013/02/04 18:21 

在讨论狭义相对论有完备的理论和实验观测方面的基础的时候,有必要回顾一下广义相对论的理论观测实验方面的问题。在我的《宇宙的真谛》里简述了“光线的引力偏折”和“水星进动”问题,请网友们提出不同的看法。

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