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引力红移问题上沈博士只知其一不知其二,这样会误导他人! 首先,我完全同意他说的 :“牛顿引力理论是广义相对论的一阶近似,也是所有其他引力理论的一阶近似。如果某个理论在一阶上与牛顿理论相悖,那么这个理论连出生的希望都没有。”可是何谓一阶近似与二阶近似?以及一阶近似与二阶近似貢献的引力红移究竟各有多大?他就含糊其辞不说了,这就有可能误导別人以为广义相对论与牛顿引力理论算出的引力红移沒有区別,若有区別也是极其微小的二级效应可以忽略不计。 別的理论先不说,只以广义相对论与牛顿引力理论比较为例:将广义相对论的施瓦玆希尔德度规与平直空间中的闵可夫斯基度规相比较,则两者的时间项的差异(钟慢效应)就是一级效应,两者的空间项的差异(尺缩效应)就是二级效应。一般来说有(dx2+dy2+dz2)<<c2dt 2,使得尺缩效应的貢献远小于钟慢效应的貢献,在一些v<<c的问题中可以忽略尺缩效应的貢献,通常把忽略了尺缩效应的施瓦玆希尔德度规叫做牛頓近似度规。天体运行和飞行时钟等许多问题也常常是用牛頓近似度规来求解的,因为它等效于牛顿引力理论又更易求解。 红移是能量的变化,对应于哈密顿变分原理中的时间变分,与一级的钟慢效应相关联;偏折是动量的变化,对应于哈密顿变分原理中的空间变分,与二级的尺缩效应相关联。因此,沈博士说的:“引力红移是一级引力效应;光线偏折是二级引力效应。”也沒有错。 关键在于:对光的传播问题来说不存在v<<c的条件,而且光的传播速度v就是光速c,使得尺缩效应的貢献不再是远小于钟慢效应的貢献,而是尺缩效应的貢献在数值上就等于钟慢效应的貢献,因此,对光波不能夠忽略尺缩效应的貢献。若再用忽略尺缩效应的牛頓近似度规来求解,计算结果就会严重偏离实验值。爱因斯坦1911年【A.Einstein,Annalen der physik Vol.4 35 ,898—908(1911)——別处难找,北京大学物理学院图书馆有】用牛顿引力定律预言的红移率和偏折率都只是用广义相对论计算结果的一半,就是由于忽略了作为另一半的尺缩效应的貢献。众所周知,1916年爱因斯坦用广义相对论预言太阳对光的偏折角为1.7角秒是1911年预言值0.85角秒的两倍。爱因斯坦以后也用广义相对论算了红移,但他用的是忽略了尺缩效应的牛頓近似度规,结果仍与1911年用牛顿引力定律预言的红移率相一致。陈绍光老師在80年代中期就已发现60年代Pound等和Cranshaw等用Mössbauer效应实验测得引力红移结果比爱因斯坦的预言值大一倍,由于不敢怀疑爱因斯坦的红移预言而困惑了多年,直至1989年他在真空极化产生引力的思想启发下才对爱因斯坦的红移预言产生了怀疑,当他用施瓦玆希尔德度规严格計算红移后才发现广义相对论预言的引力红移与实验结果完全一致,並从历史文献中查出爱因斯坦预言的引力红移不是根据广义相对论,而是用牛顿引力定律。章钧豪完全独立地由广义相对论算出的引力红移值也比爱因斯坦的预言值大一倍。 在引力红移问题上爱因斯坦认为尺缩效应对光波传播的影响可以忽略不计,从而用牛頓近似度规来求解引力红移。这实际上是说:钟慢效应导致光波的频率减小是红移,尺缩效应导致光波的波长增长则不是红移,这在逻辑上是无法自园其說的。当然,最主要的是爱因斯坦的引力红移预言与实验结果不符。 |