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[楼主] 作者:漆亚平  发表时间:2004/10/27 13:55
点击:498次

电磁波引力红移的广义相对论严格解

         陈绍光

摘要:根据广义相对论的Schwarzschild度规計算电磁波传播在引力场(实验室坐标系L.S.)的频率υL相对于传播在同样路径但是无引力场(局部惯性的坐标系I.S.)的频率υI之差δυ,得到的结果除了有爱因斯坦1911预言的因发射点2和接收点1的引力势U2和U1不同所产生的频率差△υE=υI( U1-U2)∕c2之外,还有路途中经过质量M的引力场所产生的频率差△υ=-υI4GM∕c2D,D为质量对电磁波经过的路径的垂直距离。

 

 

在引力场中传播的电磁波相对于在没有引力场的同样的路径中传播的电磁波而言会发生方向偏折、时间延迟和频率变化,偏折和时延问题都己经有广义相对论的严格解。但是频率变化的红移问题却尚无广义相对论的严格解。

现今普遍接收的引力红移率公式为发射点2与接收点1的频率差υ(2)-υ(1)与引力势之差U2-U1的关系:

 

υ(2)-υ(1)    U2-U1

βE ≡ ————————=-————            (1)

υ(1)            c2

 

式(1)早在1911年爱因斯坦【1】就用牛顿引力定律通过能量守恒原理预言了,1955年爱因斯坦【2】单用度规的时间分量——钟慢效应得到的引力红移率仍然是式(1),1972年S.Weinberg(温伯格)【3】用等效原理得到的引力红移率公式还是式(1)。式(1)表示的红移的含义是:发射点(2)与接收点(1)光波频率之差是由发射点与接收点的引力势之差导致原子能级跃迁的差异所引起的,与光传播路途中的引力场无关。式(1)最早是用太阳谱线来进行检验,按其本来含义,应先在太阳(发射点2)测量出某原子能级跃迁的光波频率(或波长),再在地球(接收点1)测出同一种原子能级跃迁的光波频率(或波长),从而得出红移量。实际上这是无法实现的,不仅是因为太阳温度太高无法去测量光波频率,更主要的是因为引力场影响光的频率的同时也会影响测量频率的仪器,即是说,引力场影响被测量的量的同时也会影响用于测量的标准。在一个坐标系中不同地点引力势的不同虽然已导致各处的频率互不相同,但测量出的频率却是处处相同的。同样,在一个坐标系中测量光的偏折也总是得到零的结果,因为引力场会以同一方式(度规方式)影响一切物理过程。总之,用一个坐标系描述的引力效应(包括红移、偏折、时延等)原则上就是不可观测的,从而也是没有物理意义的。

要使式(1)的引力红移成为可观测量,必须附加下述假定:假定1,引力场不会影响光波传播中的频率;假定2,存在一处处取消了引力的局部惯性系(I.S.),I.S.中的物理过程处处全同,也就是说,I.S.系中同种原子发射的光波频率处处都是一样的。根据假定2作一个I.S.系穿过太阳与地球,我们才能将太阳与地球的光谱线进行比较;再根据假定1我们才能将地球上接收到的太阳光谱线当成就是在发射处(太阳表面)的光谱线,从而式(1)表示的红移才可观测。但是其含义变成为有引力的L.S.系(太阳)与无引力的I.S.系(地球引力势取为零)的同种原子的跃迁频率之差,只有这样理解了式(1)的含义之后才可以将太阳谱线(L.S.)跟地球上的同种原子的谱线(I.S.)进行比较,式(1)才有物理意义。由此可见:可观测的引力红移是有引力的L.S. 系中频率υL与无引力的I.S. 系中频率υI 之差 δυ 。对光的偏折与雷达回波时延的检验,也是比较在有引力的L.S.系跟无引力的I.S.系中之差,仅在有引力的L.S.系中也是观测不到偏折与时延的。因为光总是沿测地线运动,L.S.系中的方向标准又正是测地线,仅在L.S.系中偏折无从说起。时延是指雷达波分别在有引力的L.S.系与无引力的I.S.系中传播一闭合行程所用的时间之差。仅有一个L.S.系,就只有一个闭合行程(只有一个所用的时间),从而不存在时间差,时延更无从说起。

使式(1)成为有物理意义的可观测量而附加的假定2是一个基本的事实,它只是表述了世界的统一性。若是宇宙中各处的同种原子及其光谱线互不相同,我们将无法观察和了解世界。对假定2没有人想否定它,当然也无法证实它。假定1则与爱因斯坦和S.Weinberg自已都分别强调指出过的‘引力作用下单独物质的能量不守恒’【4】【5】的普遍规律相矛盾,这是因为引力场可以与物质(电磁波)交换动能-能量,物质的动能-能量张量Tμν与引力场的动能-能量张量tμν之和的τμν=Tμν+tμν才是守恒量,单独物质(电磁波)的动能-能量並不守恒,因此引力场应该会影响光波传播中的频率(能量)。

红移的观测方法有干涉法、拍频法和光谱线系照相比较法等。干涉法(或拍频法)是直接比较两电磁波的波长(或频率),这是基于波动理论的描述。光谱线照相法是基于量子理论的,因为曝光的光化学反应是光子吸收的量子跃迁过程。光波与光子这两种描述方式应该是完全等效的。将用分光镜照相摄得的光谱线波长(或波数)与光的干涉现象中的波长(或频率)作比较时则

要特别小心:光谱线的频率υ是表示光子的能量 E∕h,等效到光波对应的是光波的能流密度。单色平面波的能流密度正比于单位长度中的波长的数目——波数ξ,同时正比于单位时间内波振动的次数——频率 f :E = hυ∝ fξ ,因 ξ=1∕λ,有

υ∝ f∕λ,照相的光谱线频率υ 既正比于光波的频率f,又反比于光波的波长λ,即是说,不但光波的频率f减小会使光谱线频率υ减小,而且光波波长λ增大也会使光谱线频率υ减小。波的频率f与波的波长λ是两个完全独立的物理量,f关系到时间,λ关系到空间。一般情况下(例如声波)f和λ可各自独立变化。只是在光波中由于光速是常数,才使得波的频率 f 与波的波长 λ 紧密相关到用一个就能代表另一个,好似不是彼此独立的,其实f与λ是彼此独立的物理量。由光波f=c∕λ和υ∝f∕λ 可得:υ∝ f  2 和△υ∕υ=2△ f ∕f  ,因此人们常常将表示光子能量的光谱线的频率υ跟光波的频率f混为一谈,两者又常用同一个符号υ表示。请注意! 用拍频法(或干涉法)测得的红移率△ f∕f 只有光谱比较法测得的红移率△υ∕υ的一半,不过至今尚无用拍频法(或干涉法)测得的红移率数据。但是用度规计算光波的红移率时,必须计算光波的能流密度的变化才能正确预言谱线比较法的红移率值。也就是说,同时考虑到波长的变化与频率的变化两个因素的影响,才是光子能量 hυ 的变化。

下面以光波为例进行讨论,讨论的结果将普遍适用于所有频率的电磁波。由于我们不可能将现在接收到的光直接地与它过去发射时的状态相比较,为得到频率变化的观察值,只有比较远处来的光波波长与实验室中静止原子就地发射的光波波长。太阳光谱线引力红移的实际观测也正是比较有引力的L.S.中的波长(频率)与无引力的I.S.中的波长(频率)。我们可以沿光波来的路径作一个局部惯性坐标系(I.S.),因为在I.S.中取消了引力,实验室中静止原子发射的光波频率沿着I.S.传播将保持不变。红移观察值就是实验室坐标系(L.S.)中频率υL与局部惯性坐标系中(I.S.)频率υI的差值。前面已经从理论上论证了单一坐标系中不可能观测到偏折、时延和红移等引力效应,因此根据广义相对论计算引力红移,也应该是比较有引力的L.S.中的量与无引力的I.S.中的量,下面就来进行计算。

   度规的一般表示为:

ds2=-gμυdχμdχυ                 对L.S.             (2)

    ds2=-ηαβdξαdξβ          对I.S              (3)

gμυ 是有引力时的度规张量,μ,ν=0,1,2,3 ;ηαβ 是无引力时的度规张量,α,β= 0,1,2,3 。当上标符号与下标符号重合时则表示对所有可能指标相加求和。

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[楼主]  [2楼]  作者:漆亚平  发表时间: 2004/10/27 14:03 

接上贴的内容:

根据周期T的定义,它是相继波峰到达空间确定点的时间间隔(T≡△t p-p ),在任意一个确定的点有:dχ1=dχ2=dχ3=0,

dξ1=dξ2=dξ3=0,时-空中四维间隔平方(1)和(2)式变成:ds2=-g00( dχ0)2=-η00( dξ0)2

dχ0     c(d t)L        -η00

——= ———— =(———)1/2  

dξ0   c(d t)I        - g 00

 

   TL     ∫(d t)L       -η00

——≡ ———— =(———)1/2  

 TI     ∫(d t)I         - g 00

 

υL            -g00

      ——=( ———  )1/2                          (4)

υI            -η00

根据波长λ 的定义,它是在一个坐标系中某时刻测得的相邻波峰的空间距离,λ≡(△r)pp ,对任意选取的某一时刻有:dχ0≡c d t =0, dξ0≡c d t =0,时-空中四维间隔平方ds2的表示式(2)和(3)变成三维空间间隔平方d s 32 ,令i , j=1,2,3,有:

ds 2=-gi jdχidχj=d s32 , ds2=-ηi j dξi dξj=d s32

当L.S.中的引力场是稳定的,g i 0=g j 0= 0,这时指定两点间的空间距离d r 是恒定不变的,直接用尺(gi j)测量就行,使得稳定引力场中的空间距离d r就等于三维空间间隔d s3 :

d r=d s3=(-g i j dχi dχj)1/2           对L.S.    (5)

无引力的I.S中恒有ηi 0=ηj 0= 0,其空间微分距离dl恒等于三维空间间隔d s3,有:

dl=d s3=(-ηi j dξi dξj)1/2                对I.S      (6)

由式(5)和式(6)可求出:稳定引力场中波长 λL=△r=∫dr跟无引力时的波长λI=△l=∫dl之比为

λL       ( -g i j dχi dχj)1/2

——= ——————————                              (7)

λI     (-ηi j dξi dξj)1/2

当L.S.中的引力场不稳定,则两点间的空间距离d r是变化的,测量d r除了要用尺(gi j)之外还要用到由光信号定义的同时性,因此还需要用到钟(g00)。定义同时性的光波满足ds2=0,从(2)式分离出时间分量dχ0≡cdt,由g0j dχj =g0i dχi和度规的对称性gi 0= g0i ,可得光的传播方程为:

-ds2=g0 0(dχ0)2+(gi 0dχi +g0j dχj)dχ0+gi jdχidχj

=g0 0( dχ0)2+2(gi 0dχi  )dχ0+gi jdχidχj=0 ,

所以

dχ0=g0 0-1{-gi 0dχi ±[(gi 0 dχi)2-gi jg0 0dχidχj]1/2}

由(gi 0 dχi)2=(gi 0 dχi)(gj 0 dχj)=gi 0 gj 0 dχi dχj ,可得:

dχ0=g0 0-1{-gi 0dχi ±[(gi 0gj 0-gi jg0 0)dχidχj]1/2   (8)      

同时性的条件下dχ0=0,使光的传播方程(8)式变成:

                            gi 0gj 0

±g0 0- ½gi 0dχi= [-(gi j- ———)dχi dχj]1/2         (9)

g0 0

由此可见:同一时刻(dχ0=0)两奌间的距离d r不仅与gi j有关,还直接与g0 0,gi 0,gj 0有关,因此,L.S.中的引力场不稳定的一般情怳下 , 由光信号定义的同时性决定的空间微分距离d r为:

 

 

gi 0gj 0

d r=[-(gi j -  ——— )dχi dχj]1/2,                  (10)

g0 0

对于一个质量为M的静止质点产生的引力场,有广义相对

论惟一的严格解Schwarzschild度规:

2GM                2GM

   ds2=(1-———)c2dt2 -(1-———)-1 dr 2

c2r                  c2r

 

-r 2dθ2  ― r 2sin2θdφ2                   (11)

                      U                GM

将它转变到笛卡尔坐标系并忽略掉(—)2项,这里U = ——

c2                 r

是牛顿引力势,r是离质奌M的距离,则L.S.中的度规变成:

2U               2U

 ds2=(1- —— )c2dt 2 -(1+——)(dx2+dy2+dz2)  (12)

c2                c2

 

2U                    2U

或在式(2)中:g 00 =-1+——,g11=g22=g33=1+——,

c2                                 c2

gμυ=0 当 μ≠υ。

让I.S.相对于质点M静止,则:

ds 2=c2dt 2 -(dx2+dy2+dz2)

或在式(3)中:η00=-1,η11=η22=η33=1,ηχβ=0

当α≠ β 。

再根据式(4)和式(7)有 :

TL            U     υL            U    λL        U

— =1+ ——,—— =1- ——,——=1+ ——

TI        c2       υI        c2    λI            c2 

 

 或

 

υL-υI        U

   βυ ≡  ——— =-——                        (13)  

υI        c2

 

                 λL-λI         U                                                       

   βλ≡- ———=- ——                         (14)  

                  λI         c2

                                                         

βυ 是减小频率的相对红移率;βλ 是增大波长的相对红移率。

   因为υI是不变的,由(13)式υL将随离质点M的距离r而变化。从M作一条到光束s的垂线,长度为D,令θ是垂线D与M到光子的连线r之间的夹角,则r cosθ=D  ,故有

GM    GM cosθ

U(r)= ——=—————=U(θ),又由式(13)有:

r        D

U(θ)

   υ L(θ)-υ I(θ)=-υ I(θ) ———

 c2

 从θ到θ+dθ之间的引力势U(θ)对引力红移的贡献δυ为:δυ=[υL(θ)-υI(θ)]dθ

U(θ)               GMcosθ

=-υI(θ)——— dθ=-υI(θ)————dθ

              c2                     c2D

注意,这里不是比较同一坐标系中的υL(θ)与υL(θ+dθ),因为经由这样的比较不能给出可供观察的值。我们比较的是L.S.中的υL与I.S.中的υI ,因为只有υL与υI的差值能够被直接地测量。这正如在Hafele等【6】的实验中比较的是铯原子钟在飞机上的周期T飞 与在地面上的周期T地 之差,而不是比较飞行铯原子钟在前后瞬时的周期T飞(t1)与T飞(t1+dt)之差。                      

 从点2(r =-∞,θ=-π∕2)到点1(r =∞,θ=+π∕2)的全部路径中的引力红移是:

 △υ=∫-∞∞ δυ=∫-π/2π/2[υ L(θ)-υ I(θ)]dθ

=[υ L(π∕2)-υ I(π∕2)]

-[υ L(-π∕2)-υ I(-π∕2)]

    =[υ L(1)-υ I(1)]-[υ L(2)-υ I(2)]

=[υ L(1)-υ I(1)]-[υ L(2)-υ I(1)]

U (θ)

=∫-π/2π/2 –υ I(θ) ——— dθ

c2

 

GMcosθ

=∫-π/2π/2 –υ I(θ)—————dθ

c2D

 

π   2GM               2GM

=-υI(—)——— =-υI ———                (15)

2    c2D           c2D

       

因为I.S.中频率υI不变:

υI(θ)=υI(-π/2)=υI(π∕2)=υI(1)=υI(2)。

式(15)中的[υL(2)-υI(1)]正是爱因斯坦预言的由于发射奌2与接收奌1的引力势U2与U1的不同影响原子跃迁导致的频率差,用爱因斯坦预言的红移率βE表示为:

                                 U2-U1

υL(2)-υI(1)=βEυI(1)≡=-————υI    (1)            

                               c2

若点1接收到的光是引力势为零的点2的静止原子发射的,则:                                 

U(-π∕2)=U2=U1=0 ,υL(-π∕2)-υI(-π/2)=υL(2)-υI(2)=0,由(15)式有:

υL(1)-υI(1)           U (θ)

Θυ ≡ ————————=∫-π/2π/2-——— dθ

         υ I(1)                  c2

 

2GM

=- ———                                (16)

      c2D                           

Θυ是全路径的引力势产生的总的频率减小的红移率。这个途中引力红移是由于:①光波是电磁场实实在在的振动的传播,当光离开点2(E=E0,场振荡频率ω0)进入到引力场U(θ)中,光的频率会随着度规的变化而减小△ω,这个变化立即被电磁场自身振荡频率的变化“记录”下来。②在从点2(θ=-π∕2 )到点1(θ=π∕2)的全部路径中υL(θ)处处都小于υI(θ),从而对观察值(υL-υI)的贡献处处为负值,使得总的途中红移率不可能为零。换句话说,相对在无引力场的途中传播而言,在有引力的路途中光子的能量处处都减小,使得观察到的总的能量差不等于零。

[楼主]  [3楼]  作者:漆亚平  发表时间: 2004/10/27 14:07 

继续接上贴内容:

量差不等于零。

υL(1)      g00(1)

   根据 ———— = ( ———— ) 1/2 ,由所设条件U2=U1=0

υL(2)      g00(2)

可得υL(1)=υL(2)。这看起来与途中引力红移(16)式相“矛盾”。其原因是在同一坐标系(L.S.)中不同地点1与2的频率 υL(1)与 υL(2)是不能够用实验方法进行比较的。一个坐标系中描述的红移、偏折和时延等引力效应是不可观测的,从而也是没有物理意义的。正如同为了比较时-空中不同地点的同时性我们必须假定光速保恒一样,为了比较时-空中不同地点的频率,我们必须假定光波(或别的频率计)的频率在引力场中从一处迁移到另一处是不变化的,即必须假定有一个不受引力影响的钟。若是钟的速率在迁移中会变化(引力场中的确如此),则时-空中不同地点相等的物理量 υL(1)=υL(2), 将有不相等的实验观察值υL(1)≠υL(2),这正好符合于 υL(1)≠υI(1), 所以“矛盾”消除了。

类似地,由式(14)可得当光从质量M附近通过时全路径总的波长变化率为:

λ L (1)-λ I  (1)              U (θ)

   Θλ≡-  ———————— =∫-π/2π/2 - ——— dθ

λ I(1)                     c2

 

2GM

=- ———                                                      (17)

c2D

全路径总的红移率为频率减小的红移率Θυ与波长增大的红移率Θλ之和:

                           U (θ)       4GM

Θ=Θυ+Θλ =∫-π/2π/2-2———dθ=-——— (18)

c2           c2D                                  

一般情况下,除途中引力红移率Θ之外,还包括因发射点2与接收点1的引力势U2 与U1不同由爱因斯坦在1911年预言的红移率βE ,总的引力红移率 βG是:

U2-U1              U (θ)

βG =βE+Θ=- ————-∫-π/2π/22 ———— dθ

c2                  c2

  

U2-U1      4GM

=-  ——— - ———                     (19)

        c2           c2D

在引力场中频率减小的红移(13)、(16)和波长增大的红移(14)、(17)是同时发生的,使得:

U          U

c L=υL λL=(1-——)υI(1+——)λI=υI λI=c I (20)

c2          c2                          

从式(20)可以明显地看出:虽然光进入引力场时,频率υ和波长λ都会发生变化,但两者之积 υλ 却是有引力场时跟无引力场时都是一样的,即是说,红移过程中光速恒定不变。注意,

U

推导出式(20)忽略了二级小量( ——  )2 ,这是因为式(13)

c2

U

、(16)、(14)、(17)中也忽略了二级小量(—— )2  ,由

                                          c2

Schwarzschild度规(11)式直接进行计算,可得到c L 是严格等于c I 的。有此结果是很自然的,因为广义相对论是以狭义相对论为基础的,由广义相对论推论的结果,若无计算错误就不可能违反光速保恒原理。

综上所述,由广义相对论度规可直接推导出式(18)表示的路途中引力红移Θ。按照度规的本来含义,钟慢与尺缩是相对于Minkovski空间的钟与尺而言的,由度规效应导致的传播途中的引力红移Θ,应该是实际光波频率与局部惯性系中的参照光波频率之差。即是说,红移是比较不同坐标系中光波频率的变分问题:

δυ(θ)=(υ L(θ)-υ I )dθ=υ I β υ(θ)dθ               

整个路径中产生的两光束频率之差为:

υL-υI=∫-π/2π/2 δυ(θ)=υ I ∫-π/2π/2 βυ(θ)dθ

2 GM

=-υI ———

c2 D

全路径频率减小的红移率为:

υL-υI          2 G M

Θυ≡————=- ———

           υI                c2D                           

同样方式可得全路径波长增长的谱线红移率为:

λ L-λ I         2GM

 Θλ≡- ————— =-———

λ I         c2 D

整个路径中频率减小和波长增长共同产生的途中引力红移率为:

4GM

Θ=Θυ+Θλ=-———

    c2 D

注意,不能将变分 δυ 与单一坐标系中的微分 dυ 混为一谈。△υ=∫dυ=υR-υE 是个无观察意义的量,△υ=0并不表明途中引力红移不存在。                                                                                                                                              

包括因发射点引力势U2与接收点的引力势U1不同由爱因斯坦预言的红移率βE ,则总的引力红移率βG是:

U2-U1       4GM

 [4楼]  作者:正和  发表时间: 2004/10/27 14:15 

也许这些常识性错误不影响其它部分,但至少让人对作者的真实水平产生怀疑。
 

……

式(1)最早是用太阳谱线来进行检验,按其本来含义,应先在太阳(发射点2)测量出某原子能级跃迁的光波频率(或波长),再在地球(接收点1)测出同一种原子能级跃迁的光波频率(或波长),从而得出红移量。实际上这是无法实现的,不仅是因为太阳温度太高无法去测量光波频率,更主要的是因为引力场影响光的频率的同时也会影响测量频率的仪器,即是说,引力场影响被测量的量的同时也会影响用于测量的标准。在一个坐标系中不同地点引力势的不同虽然已导致各处的频率互不相同,但测量出的频率却是处处相同的。同样,在一个坐标系中测量光的偏折也总是得到零的结果,因为引力场会以同一方式(度规方式)影响一切物理过程。总之,用一个坐标系描述的引力效应(包括红移、偏折、时延等)原则上就是不可观测的,从而也是没有物理意义的。

……

这一段就有几处常识性错误:

1、在地球上是可以测到太阳光的红移的!我们不需要到太阳附近去测量出发时的波长!因为有原子光谱!原子光谱就象一个人的指纹图,虽然被放大了,我们还是可以认出那是某某人的指纹,并知道是被放大了!因此,我们可以从红移了的谱线中识别出氢光谱、氦光谱(氦就是这样被发现的!),并知道是被红移了(谱线间距被放大了,并且位置向红端移动了)。否则我们在不知出发频率的情况下如何知道哈勃红移?进而什么“途中引力红移”?

2、同一个坐标系中进行了穆斯堡尔实验,明确地观测到了在高低两处传播的光子频率变化。

3、原理上,在同一个坐标系中也可测量到光线偏折,并不一定要在太阳在场和不在场时做两次测量:在同一条近日圆周轨道上均匀布置三颗卫星,三颗卫星观测另两个卫星的视角加起来大于180度。引力透镜现象是已经观测到的证据。

[楼主]  [5楼]  作者:漆亚平  发表时间: 2004/10/27 15:05 

老问题:为什么爱因斯坦用牛顿定律预言红移;用广义相对论预言偏折?
恳请正和等老师帮忙指出陈老师关于广义相对论的推导具体错误,陈老师没戏了,弟子们也可以休息了。
 [6楼]  作者:正和  发表时间: 2004/10/27 15:27 

不要以攻为守嘛~我的历史水平有限的,我答不了那些问题不能证明我提出的你们的问题不存在。因为这不是球赛可以几比几取胜的。
这样另起炉灶永远辩不完的。
 [7楼]  作者:正和  发表时间: 2004/10/27 15:42 

另外,弱电统一理论中中微子没有静止质量,实验表明中微子应当有静止质量,陈老师的基础是否不稳呀?
恳请正和等老师帮忙指出陈老师关于广义相对论的推导具体错误,陈老师没戏了,弟子们也可以休息了。
 [8楼]  作者:正和  发表时间: 2004/10/27 16:24 

恳请正和等老师帮忙指出陈老师关于广义相对论的推导具体错误,陈老师没戏了,弟子们也可以休息了。
 [9楼]  作者:和满  发表时间: 2004/10/27 16:34 

这三个问题本人恰巧研究过。

1、在地球上是可以测到太阳光的红移的!我们不需要到太阳附近去测量出发时的波长!因为有原子光谱!原子光谱就象一个人的指纹图,虽然被放大了,我们还是可以认出那是某某人的指纹,并知道是被放大了!因此,我们可以从红移了的谱线中识别出氢光谱、氦光谱(氦就是这样被发现的!),并知道是被红移了(谱线间距被放大了,并且位置向红端移动了)。否则我们在不知出发频率的情况下如何知道哈勃红移?进而什么“途中引力红移”?

“太阳光谱观测证明GR”是以讹传讹。的确测过太阳光谱,观测值与GR运算值差别太大。后来有天文学家指出,太阳大气是在高速运动的,由于“多普勒效应”存在,即使测到,也不能证明GR。此事后来就不了了之了。


2、同一个坐标系中进行了穆斯堡尔实验,明确地观测到了在高低两处传播的光子频率变化。

这种频率变化用牛顿也能解释。“具体定量到底是与牛顿相符还是与GR相符”。正是陈绍光提出的一个大问题。

3、原理上,在同一个坐标系中也可测量到光线偏折,并不一定要在太阳在场和不在场时做两次测量:在同一条近日圆周轨道上均匀布置三颗卫星,三颗卫星观测另两个卫星的视角加起来大于180度。引力透镜现象是已经观测到的证据。

哈哈,请先搞清楚陈绍光讲的“坐标”是什么意思。按GR,可以把这种现象解释为“时空弯曲”,按GR,所谓光偏折不是光在坐标内偏折,而是坐标本身偏折。陈绍光讲的意思就是“无法通过光偏折实验结果,判断是光相对平面时空偏折,还是平面时空偏折成了弯曲时空”。这有什么不对吗?


 [10楼]  作者:和满  发表时间: 2004/10/27 16:40 

不稳就改。按陈绍光本人的回帖“中微子”只是“真空极化形象代表”。
恳请正和等老师帮忙指出陈老师关于广义相对论的推导具体错误,陈老师没戏了,弟子们也可以休息了。
 [11楼]  作者:正和  发表时间: 2004/10/27 16:52 

不要混淆概念

1、在地球上是可以测到太阳光的红移的!我们不需要到太阳附近去测量出发时的波长!因为有原子光谱!原子光谱就象一个人的指纹图,虽然被放大了,我们还是可以认出那是某某人的指纹,并知道是被放大了!因此,我们可以从红移了的谱线中识别出氢光谱、氦光谱(氦就是这样被发现的!),并知道是被红移了(谱线间距被放大了,并且位置向红端移动了)。否则我们在不知出发频率的情况下如何知道哈勃红移?进而什么“途中引力红移”?

“太阳光谱观测证明GR”是以讹传讹。的确测过太阳光谱,观测值与GR运算值差别太大。后来有天文学家指出,太阳大气是在高速运动的,由于“多普勒效应”存在,即使测到,也不能证明GR。此事后来就不了了之了。

//我也没说有太阳光谱红移就证明GR,而是说不必到太阳上去测量出发时的波长,但陈绍光的文章认为不能测量太阳光的红移。太阳大气是在运动,那就要看其运动红移量是否比引力红移量大,还有就是运动会产生红移和蓝移两种效果。这个定量是后话,按下不表。

2、同一个坐标系中进行了穆斯堡尔实验,明确地观测到了在高低两处传播的光子频率变化。

这种频率变化用牛顿也能解释。“具体定量到底是与牛顿相符还是与GR相符”。正是陈绍光提出的一个大问题。

//陈绍光一直号称自己的引力与GR等价,则不应有此疑问,更不应在B卫星上与GR预测相左,以至让本人无所适从。如果陈先生有此疑问,则是说他在怀疑自己的理论是否比牛顿正确。穆斯堡尔实验的精度是否能在N/A间做出区分我尚不知道。

3、原理上,在同一个坐标系中也可测量到光线偏折,并不一定要在太阳在场和不在场时做两次测量:在同一条近日圆周轨道上均匀布置三颗卫星,三颗卫星观测另两个卫星的视角加起来大于180度。引力透镜现象是已经观测到的证据。

哈哈,请先搞清楚陈绍光讲的“坐标”是什么意思。按GR,可以把这种现象解释为“时空弯曲”,按GR,所谓光偏折不是光在坐标内偏折,而是坐标本身偏折。陈绍光讲的意思就是“无法通过光偏折实验结果,判断是光相对平面时空偏折,还是平面时空偏折成了弯曲时空”。这有什么不对吗?

//不要混淆概念。按GR,光在四维时空中走短程线(“直线”),在三维空间中却是弯曲的!按GR,行星也是走短程线(“直线”)的,难道行星在三维空间的轨迹也是直线吗?我们说星光弯曲,就是指在三维空间中的弯曲。如果时空本身不弯曲,则星光在三维空间中的弯曲量只有GR的一半。多少人把光线的三维轨迹当直线了?连jqsphy也有一次无意间这样说了。

 [12楼]  作者:正和  发表时间: 2004/10/27 17:01 

另外,牛顿怎么预测光的引力红移?
他认为光子会减速,但频率会变吗?我真不知道牛顿的引力红移公式。牛顿的多普勒红移公式倒是知道,与SR不同。
 [13楼]  作者:和满  发表时间: 2004/10/27 17:05 

根据“多普勒红移”,速度变,频率就变。牛顿自己没推过,但按牛顿力学能推出,是定论。理论物理专业可能学过。可以问问沈博士。
恳请正和等老师帮忙指出陈老师关于广义相对论的推导具体错误,陈老师没戏了,弟子们也可以休息了。
 [14楼]  作者:和满  发表时间: 2004/10/27 17:07 

是你自己混淆概念。“坐标”不=“平面坐标”!
恳请正和等老师帮忙指出陈老师关于广义相对论的推导具体错误,陈老师没戏了,弟子们也可以休息了。
 [15楼]  作者:正和  发表时间: 2004/10/27 17:12 

和满老了吗?我说平面坐标了吗?弯曲空间中仍有直线(测地线)和曲线之分呀!
光线在弯曲的三维空间中的轨迹也不是测地线(直线)。
 [16楼]  作者:和满  发表时间: 2004/10/27 17:18 

按GR,光线在任何时空中都走“测地线”。你又不是不知道。这与我老不老没关系。
你怎么用“光偏折实验结果”区分是“光弯曲”还是“空间弯曲”?
 [17楼]  作者:正和  发表时间: 2004/10/27 17:21 

在“时空”中走测地线,并不等于在“空间”中也是测地线。天若有情天亦老!
如果只是光线弯曲而空间本身不弯曲,则星光偏折量不一样。所以需要靠偏折量的精确测量在牛顿、爱因斯坦、迪克等引力理论间做出判别。
 [18楼]  作者:正和  发表时间: 2004/10/27 17:26 

还有,陈绍光在文中说的是在引力场中“测不到频率的变化”,与您的辩护“不能区分N/A”也是两回事!
恳请正和等老师帮忙指出陈老师关于广义相对论的推导具体错误,陈老师没戏了,弟子们也可以休息了。
 [19楼]  作者:阿瑟大发  发表时间: 2004/10/27 22:48 

可否利用普朗可(?)公式推导推导?好像可以的。
恳请正和等老师帮忙指出陈老师关于广义相对论的推导具体错误,陈老师没戏了,弟子们也可以休息了。
 [20楼]  作者:szchenfu50  发表时间: 2004/10/27 22:50 

非常感谢正和教授对陈老师的解题和水平的质疑,但您明显偷换了概念;您要是不知道实验是怎样做的倒也情有可谅,否则-------,

作为教授的您传播明显的错误的知识来误导他人就很不应该了。

 

正和是在偷换概念,陈老师指的是在一个坐标系中不能测此(单一)光线(电磁波)的红移和偏折。因为光的频率随引力势变化的同时,用于测量光频率的标准(如频率计)也以同样方式变化。

1)                路人皆知:光谱比较时就比较了两个不同坐标系的光线,如比较地球实验室中发出的光和太阳来的光。决不是比较太阳来的光线在不同位置的频率。

2)                  同样,在穆斯堡尔实验中决不是直接测γ射线的频率变化,因为直接测量时原子的共振发射频率和共振吸收频率也会跟随引力场而变化。实际的测量中接收器对地球静止,但是发射γ射线的源是处在对地球运动(速度v)的坐标系中,是测引力红移所等效的多普勒速度红移,明显地是在两个坐标系。

3)                  偏折的测量谁都知道是两次照相,决不是测这朿光经过太阳之前的方向与经过太阳之后的方向来求偏转角。均布三个卫星的方法更不是测同一光朿的偏折,用比较不同卫星接收到的光朿的方法就必定涉及在不同速度的坐标系中的三朿不同的光。更是反证不了陈老師的论断:“单一坐标系中测不到一光朿的红移和偏折”。

至于水平问题那是沈博士最关心的,陈老師早退休了己毫不关心说他有沒有水平,他说过他中年时都只定位自己做点补缺拾遗、修修补补的工作,不敢去创造理论,现在老了更不行了。他对自已工作的评价是解了两道习题,解习题不需要什么水平,只要细心就可。但解得对不对倒是需要评判 ,因为一个错误解会误导別人,爱因斯坦的红移错误解就误导出来了宇宙膨胀和大爆炸宇宙论。他担心他的解也可能误导別人,所以诚心希望大家证伪。

[楼主]  [21楼]  作者:漆亚平  发表时间: 2004/10/28 06:04 

原来正和教授不知道实验是怎样做的,可以原谅!
恳请正和等老师帮忙指出陈老师关于广义相对论的推导具体错误,陈老师没戏了,弟子们也可以休息了。
[楼主]  [22楼]  作者:漆亚平  发表时间: 2004/10/28 09:30 

和满说正和教授混淆概念与您说他偷换概念有什么区别。和满只是看了陈老师的书,而您是陈老师的学生,不可能在这个问题上水平一样
恳请正和等老师帮忙指出陈老师关于广义相对论的推导具体错误,陈老师没戏了,弟子们也可以休息了。
 [23楼]  作者:正和  发表时间: 2004/10/28 09:50 

作为陈老的高足,误导大家就不对了。
 

作为教授的您传播明显的错误的知识来误导他人就很不应该了。


正和是在偷换概念,陈老师指的是在一个坐标系中不能测此(单一)光线(电磁波)的红移和偏折。因为光的频率随引力势变化的同时,用于测量光频率的标准(如频率计)也以同样方式变化。


1)                路人皆知:光谱比较时就比较了两个不同坐标系的光线,如比较地球实验室中发出的光和太阳来的光。决不是比较太阳来的光线在不同位置的频率。

    //我是路人:)光谱比较是在同一地点发生的!既然是比较,当然要用不同源但同种原子的光谱,难道能太阳光谱自己和自己比较吗?

2)                  同样,在穆斯堡尔实验中决不是直接测γ射线的频率变化,因为直接测量时原子的共振发射频率和共振吸收频率也会跟随引力场而变化。实际的测量中接收器对地球静止,但是发射γ射线的源是处在对地球运动(速度v)的坐标系中,是测引力红移所等效的多普勒速度红移,明显地是在两个坐标系。

 

//看来你不是路人。穆斯堡尔实验中发射和接收器都是静止在一个高塔的塔顶和塔底的。为了让其高度静止(连热运动也不放过!),还将其冷却到了接近绝对零度。

3)                  偏折的测量谁都知道是两次照相,决不是测这朿光经过太阳之前的方向与经过太阳之后的方向来求偏转角。均布三个卫星的方法更不是测同一光朿的偏折,用比较不同卫星接收到的光朿的方法就必定涉及在不同速度的坐标系中的三朿不同的光。更是反证不了陈老師的论断:“单一坐标系中测不到一光朿的红移和偏折”。

 

//你举的实验是两次照相,这没错,但陈老说的是不可能在太阳一直在场时测出偏折。测光线是否偏折,有直接法和间接法。如果光线不偏折,空间不弯曲,则测量结果应满足欧氏几何。如果不满足,则必然是光线弯曲了或空间弯曲了,或兼而有之。然后不同理论,比如只有光线弯曲空间不弯曲的牛顿理论,都弯曲的GR,给出了不同的预测。实验只是在理论间做出取舍,并非绝对证实。完全可以是空间不弯曲但光线弯曲量特别大,接近GR的预测,这样的理论实际上是有的。陈老为何要求只准测同一束光?偏折还需要与直线基准比较的,陈老的说法就是“不准和基准比较,谁能说我弯曲”?

至于水平问题那是沈博士最关心的,陈老師早退休了己毫不关心说他有沒有水平,他说过他中年时都只定位自己做点补缺拾遗、修修补补的工作,不敢去创造理论,现在老了更不行了。他对自已工作的评价是解了两道习题,解习题不需要什么水平,只要细心就可。但解得对不对倒是需要评判 ,因为一个错误解会误导別人,爱因斯坦的红移错误解就误导出来了宇宙膨胀和大爆炸宇宙论。他担心他的解也可能误导別人,所以诚心希望大家证伪。

 [24楼]  作者:hjikmjyqwt  发表时间: 2004/10/28 09:55 

   几百年来人们一直相信牛顿的万有引力定律,从来没有人怀疑过,就连爱因斯坦都深信不疑。但是现在有那么多的未解之谜,特别是近几十年来很多科学家的新发现,实际上已经说明前人的理论有错误。而最为经典的万有引力定律的本质就是说一个物体对另一个物体有吸引作用,而牛顿却无法解释吸引的本质!只说是“上帝之手”在作怪,我们谁都知道世上不可能有什么“上帝”,有的只不过是目前为止发现的几百种所谓“基本粒子”,既然是基本的东西怎么会有那么多种呢?其实只有一个解释:物质无限可分。即使是夸克也是有内部结构的,只是我们现在没有办法观察到!不承认这一点那就会犯前人那种认为“原子不可分”的错误。一切都是由微粒子组成,万变不离其宗,宇宙会复杂到哪里去呢?把整个世界想像得那么复杂只是人的大脑在作怪,而宇宙秩序根本不可能有什么大脑来安排!一切只不过是无数运动着的微粒子的迷宫!!简单性思维是我们每一个人都应明白的。
    宇宙中存在无数的微粒子,它们都在做无规则的运动,在相互碰撞中会发生力的转移,如果没有大的物体它们将永远不会改变。但是它们在漫长的时间中慢慢积聚而变大后,这种平衡被打破了,当两个物体处在空间中时它们彼此都挡住了本应向它们运动的微粒子,这样就造成了它们两面受的力不一样,最后发生两个物体相互靠近,就成了所谓的吸引!由于微粒子的穿透力很强,所以在质量小的物体上这种移动是非常微弱的,只有在质量很大的物体上(如太阳)才明显。直到物体两面受的力相当时才会保持相对稳定状态。这就是万有引力的本质。其实我们完全可以用这种思维来统一四种力。
 [25楼]  作者:正和  发表时间: 2004/10/28 10:21 

另外,怎么样才算“比较太阳来的光线在不同位置的频率”
恳请正和等老师帮忙指出陈老师关于广义相对论的推导具体错误,陈老师没戏了,弟子们也可以休息了。
 [26楼]  作者:szchenfu50  发表时间: 2004/10/28 12:08 

谢谢!但您通篇的辩解仍在偷换 “陈老师指的是在一个坐标系中不能测此(单一)光线(电磁波)的红移和偏折。”的前提。而且越扯越

 

1)我们说的是:“在一个坐标系中不能测此(单一)光线(电磁波)的红移和偏折。因为光的频率随引力势变化的同时,用于测量光频率的标准(如频率计)也以同样方式变化”您的回答“难道能太阳光谱自己和自己比较吗?”不是是恰恰同意了这一观点吗?

2)您说“陈老为何要求只准测同一束光?”陈老师从没说“不准”您去测同一束光,您可以去测测看。陈老师强调的是“在一个坐标系中不能测此(单一)光线(电磁波)”的前提下“红移和偏折”不可测。

3)“不准和基准比较,谁能说我弯曲”您是如何在我已经强调回复的情况下理解成了“不准”的呢?

其实,关于光的红移和偏折物理量的不可测性问题,与您前一段坚持的“单向光速不可测性”(56082)是类似的道理:您强调的是“单向”。

您错误地理解了陈老师的论述,现在我帮您明示了,请您还是回到正题吧!

 [27楼]  作者:正和  发表时间: 2004/10/28 12:26 

看来我们用的是不同的“测量”理论,观点差异太大。还是回到正圆轨道这个核心问题吧。见楼上帖。
恳请正和等老师帮忙指出陈老师关于广义相对论的推导具体错误,陈老师没戏了,弟子们也可以休息了。
[楼主]  [28楼]  作者:漆亚平  发表时间: 2004/10/28 12:46 

转移话题也没关系::

谢谢正和教授提的关于“正圆轨道”问题,陈氏四维力(不是您所说的三维力)解释如下:


 


弱作用Dirac真空涨落的类Casimir力―――陈氏四维力公式为:


 


     f=〔fx  fy  fz  ft〕=〔f P  fE〕


 


f P =- Э (m M  / r 2 )(r / r )= m δ v /δ t=m a 


     


f C =-  Э (m M / r 2 )(v / c )= v δ m / δ t


     


f P为三维动量的变化率,fE为第四维能量(静质量)的变化率。当物体具有运动速度时,静质量的变化也会引起物体的三维动量发生变化,从而产生质量变化力f C。使得总的三维力公式为:


f = f P + f C =-Э(m M  / r 2 )((r / r )+(v / c ))


 


f P决定速度v的变化,f C决定质量m的变化!


 

f C的路径积分只能导致能量mc^2的变化,质量m的变化是惯性质量与引力质量同步变化,变化后离心力与引力也就同步变化,从而运动轨道就不受质量m变化的影响,因此与广相一样,陈氏力是允许正圆轨道存在的!对正圆运动来说,v与r垂直,f C在f P上的投影为零,f C会影响椭圆轨道,但对正圆轨道没有影响。
 [29楼]  作者:正和  发表时间: 2004/10/28 13:09 

不是我愿意转移话题

1)我们说的是:“在一个坐标系中不能测此(单一)光线(电磁波)的红移和偏折。因为光的频率随引力势变化的同时,用于测量光频率的标准(如频率计)也以同样方式变化”您的回答“难道能太阳光谱自己和自己比较吗?”不是是恰恰同意了这一观点吗?

//只就红移而论,难道太阳光谱与本地同类原子光谱进行比较不是在一个坐标系中进行的?难道不应当这样比较?所以我才说“难道能太阳光谱自己和自己比较吗?”怎么变成“恰恰同意了这一观点”了?看来我们的分歧要大得多,到了基本概念系统层面,这样就很难辩论了。

[楼主]  [30楼]  作者:漆亚平  发表时间: 2004/10/28 13:20 

好象与陈老师的引力理论相似,支持!!!
恳请正和等老师帮忙指出陈老师关于广义相对论的推导具体错误,陈老师没戏了,弟子们也可以休息了。

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