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总算自己推导出了一个满意的引力钟慢规律,……
[楼主] 作者:youngler  发表时间:2005/06/13 10:19
点击:362次


总算自己推导出了一个满意的引力钟慢规律,……

      ω = ω 0 / ( 1 + 2 G M / c0 c0 r )  。

广义相对论的结果是不是也是这样?

 



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[楼主]  [2楼]  作者:youngler  发表时间: 2005/06/13 10:55 

引力中的光速和引力中的物体



  引力中的光速和引力中的物体

  引力的问题主要在《太阳的引力和行星的运动》一文中讨论。不过引力对于物体内部的影响这种一般性的问题,本书作者安排在基础章节讨论。
  首先讨论引力中的光速。考虑引力场质量和(转动)惯性因素以后,将光波运动作为行星运动用新的行星运动方程可以推导光速变化的规律。《太阳的引力和行星的运动》一文‘雷达波延时’小节中有关于引力中光速变化的规律的讨论,这里引用其结论,

    c =  c 0 ( 1- 2 GM / c 0 2 r  ) ,------(1)。

  一个原子从远离星体来到与星体距离为  r  的地方,环境光速从 c 0  => c ,这一因素的变化会不会影响到原子内部的运动世界也随之发生相应的变化?或者说,星体的引力能够使光速减慢速度,它是不是也能够使一个物体的内部运动世界减慢运动程度?一般而言,变化的世界很多时候会有一个不变的比例,让我们觉得世界并没有发生改变。如果一个原子在地球不同的高度完全相同,而不同的高度光速不同,那么我们可以在不同的高度观测到仪器身边光速的变化,光速恒定将会失去最后一层意思。有个齐绩先生进行过不同高度的光速是否(观测效果上)相同的实验。假设引力总是让引力中的一切运动迟钝一个 2 GM / c 0 2 r 比率,那么一个原子从远离星体来到与星体距离为  r  的地方,电子绕原子核转动的速度相应地从原来的  v 0  减少为  v  ,

    v =  v 0 ( 1- 2 GM / c 0 2 r ) ,------(2)。

  原子在接近近星体的过程中,运动速度加大,同时动态引力场组织加入原子这个系统,原子质量会增加。考虑整体运动因素导致物体的总体运动质量增加以及整体运动因素导致物体的内部质量减少,我们已经讨论过。现在需要考虑的是引力环境因素对于物体内部运动质量的影响。那么引力环境因素对于物体的内部质量有影响吗?假定没有影响,物体的质量应该拥有稳定的数值。现在根据电子绕原子核转动的角动量守恒,m v r = m 0 v 0 r 0  、质量恒定 m = m 0  和 v =  v 0 ( 1-2 GM / c 0 2 r ) 可以得到引力中的原子电子轨道半径变化规律(物体的引力膨胀规律),

    r =  r 0 / ( 1- 2 GM / c 0 2 r ) ,------(3)。

  物体的这一引力膨胀规律是否与塔引力红移实验显示的结果符合值得疑问。
  现在考虑引力钟慢问题,发现(2)算式除以(3)算式可以得到时钟指针的引力迟钝规律,

    ω  =  ω 0  ( 1- 2 GM / c 0 2 r ) 2 。

由于 1 / 2 GM / c 0 2 r << 1 ,时钟指针的引力迟钝规律可以有以下简单形式,

    ω  =  ω 0  ( 1 - 4 GM / c 0 2 r ) ,------(4)。


  研究引力中物体的运动规律,另外一种办法是考虑行星动态引力场转动惯性以后行星绕恒星转动角速度的减少,

    ( mr 2 + 2GMmr / c 0 2 ) ω =  mω 0 r 2  ,

     ω  =  ω 0  / ( 1 + 2GM / c 0 2 r )  ,------(5)。

式中 2GMmr / c 0 2 是行星动态引力场转动惯性,《太阳的引力和行星的运动》一文中有详细的讨论,这里引用结论。考虑(2)式仍然成立,由  ω  =  v  / r 、ω 0  =  v 0  / r 0  代入(5)式可以得到物体引力收缩规律,

     r  =  r 0  ( 1- 2 GM / c 0 2 r ) ( 1 + 2GM / c 0 2 r )  。

也可以有以下简单形式,

     r  =  r 0  ( 1 - 4 G 2 M 2 / c 0 4 r 2  )  ,------(6)。

  看来是否考虑环境引力因素对于物体实际表现惯性的影响,会得到引力中物体的不同的运动规律。我们过去通常的做法,仅仅考虑一个物体的本体惯性,也许这个问题今后会有所改变。不同的思路会得到不同的结果,这很正常。应该说考虑环境引力因素对于物体实际表现惯性的影响,这方面的思路会更接近于实际的问题,其中(5)式可能已在航天飞机原子时钟实验中得到了验证。科学应当尊重事实,遗憾的是由于没有航天飞机原子时钟实验的详细资料,这里无法提供详细的核实。


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 [3楼]  作者:马国梁  发表时间: 2005/06/13 15:45 

羊先生:引力钟慢规律应当是引力场强有关,怎么会与引力势有关呢?
引力势是引力场强的空间积累。在匀强引力场中,所以时钟的减慢应当都是一样的。
 [4楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2005/06/13 17:37 

因为它是跟无穷远处做比较的(无穷远处引力势为0,时间不变慢)
总算自己推导出了一个满意的引力钟慢规律,……
 [5楼]  作者:yanghx  发表时间: 2005/06/13 18:50 

这个事我还是不明白
都被那个guest搞晕了, 他说地表的引力势比高空低, 因为引力势公式前面有个负号: φ = -GM/r 所以高空的引力势较大,所以GPS的钟较快, ================================ 下面是当时的两个帖子: 【 挑战相对论[hongbin.xilubbs.com] 】 字节: 174 点击:42次 序号:1516 GPS中的相对论 作者:guest(202.105.xxx.xxx) 01.07 09:12 由于相对论效应,卫星时钟比地面时钟走的快。 每秒约差448ps(相对于每天相差3.87x10^-5s). 为了消除这一影响, 已将卫星的频标10.23000000000000MHz降低为10.22999999545MHz的实际频率。 ================================================= 【 挑战相对论[hongbin.xilubbs.com] 】 字节: 784 点击:4次 序号:2205 昏倒! 作者:guest(144.92..xxx.xxx) 02.24 06:31 主帖: 哈哈,光会笑,找书去啦 作者: [yanghx?] 我当是什么天大问题,查遍了书还找不到。这引力势与“钟慢”的定量关系式, 随便找本广义相对论的书都有,稍为深入一点的大学普通物理上也会有。 今天心情好,就先教教你。 在低引力区(我们先不考虑黑洞或接近黑洞这样的极端情况),引力势为 φ = -GM/r 其中G是万有引有常数,M的星体的质量,r是距离。 先提醒你一下,这里有个负号,引力越强,引力势越低。 免得你以后自己搞错了还怪相对论不对。 在引力势低的地方钟走得慢,在引力势分别为φ1和φ2的地方测量两个事件的间隔, 得到Δt1和Δt2,它们的关系是: (Δt2-Δt1)/Δt = 1/c^2 (φ2-φ1) 因为在低引力区Δt2-Δt1非常非常小,分母中的Δt使用Δt1或Δt2都可以, 不会引起实质性的差别。 再强调一遍,以上说的是低引力区的近似, 可以用它来处理地球表面或太阳表面的钟慢效应, 但请不要随便推广到黑洞那里去。 接下来怎么算卫星上的时钟问题,就留给老兄你了。
[楼主]  [6楼]  作者:youngler  发表时间: 2005/06/14 14:38 

4.引力红移 ?????????????

  4.引力红移?
  在此之前,本书作者也是一直来相信存在引力红移的说法,只是对于红移的算法有自己的保留看法。尽管新近的结论说广义相对论能够解释塔红移实验中的超常红移数值,我总是觉得红移实验中的超常红移数值是一种需要进一步修正的观测数据,相信根据 Newton 引力势能计算的红移数据是一种更真值的数据。因为测量需要考虑测量仪器系统自身的变化,然而相对性理论一直来主张一种简单的操作方法,即各个测量系统都可以是标准的观测基准。从这种操作意义上,我们也相信 Einstein 的引力理论作出了正确的预言。不过本书作者猜测塔引力红移实验是通过检测光波波长的改变来验证理论上的引力红移预测,实际上是一种波长效果、一种从过去朴素的理论角度看可能是表象意义的效果。从过去朴素的理论角度看问题,测量到的波长改变数据中有光速变慢因素导致的光波波长缩短和测量系统自身尺度的变化两个因素需要考虑。从塔底到塔顶光速变快会导致真像波长增长,从塔底到塔顶仪器如果有缩小也会表现为一种波长增长。这个塔引力红移实验结果的理论分析在从过去朴素的理论角度看显得比较复杂。我们猜测塔红移实验观测到的是光波波长相对于仪器尺度变化,相应于算式,

    ( λ 0 / λ ) / ( r 0 / r ) = 1 + 2GM / c 0 2 r ,------(8),

推出的结果,角标 0 表示足够远处的数据。由  c  =  ν λ  和  c 0  =  ν 0 λ 0  得到

    ( ν / ν 0 ) / ( r 0 / r ) = ( 1 + 2GM / c 0 2 r ) ( c / c 0 ) ,------(9)。

由  c =  c 0  / ( 1 + 2 GM / c 0 2 r  )  代入(9)式得到

    ν / ν 0  =   r 0 / r  ,------(10)。

  从我们的角度看,在不知道引力中的物体的引力膨胀规律的情况下,我们不能根据塔引力红移实验得出任何引力红移方面的结论,只能定性地说明,如果引力红移存在,引力红移的效果与物体的引力膨胀比率倒数几乎相当。但是如果  r =  r 0  是正确的,将  r  =  r 0  代入(10)式得到,

     ν  =  ν 0  ,------(11)。

也就是说,引力红移不存在!引力红移不存在?那么光波子沿着引力线运动,光波子能量应该发生改变,Einstein 早期根据光波子能量  E = hν 得出光波子远离星体情况频率减少波长增长的结论是有根据的,那么这个思路又错在了哪里?
  引力红移不存在这个结论有点新颖和惊奇,不过波的频率保持恒定本来就是波的特点,从这一点上说,引力红移不存在只是在支持过去学者们关于波频率的认识。连续波的一个特点就是波在相对距离保持恒定的波源与接受者之间传播,相对距离保持恒定的接受者接收到的频率与波产生时候的频率无条件相同。那么到底什么是红移?红移应该是频率的减少,比如光波由水里进入空气中,由于光速变快了,波长也变长了,这不是红移。如果红移就是指光的频率减少,那么,Einstein 早期根据引力中的光波子能量变化由 E = hν 得出光波子远离星体频率减少波长增长的结论,又是哪个地方搞错了?后来本书作者回忆起有学者认为观测证据表明 Pranck 常数是变化的,不是常数。据此说法引起了一个灵感,如果引力能够导致光波子的能量改变,那么有两种推测,一种是 Einstein 猜测的引力红移,另一种推测是引力中的光波频率是常数,所说的 Pranck 常数不是常数,而是变数。不过不久以后,本书作者又为此增加了一种猜测, Pranck 常数是常数,事情是引力中的光子运动,质量并不增加。
  得到引力红移不存在的惊奇结论,是不是本书作者的推理过程存在问题?回过去考查本书作者的推理过程。如果(8)式没有猜错,那么根据比较可靠的雷达波延时实验,引力中的光速规律有较为可靠的实验支持,ν / ν 0  =   r / r 0  ,(10)算式应该是可信的。那么现在将(10)算式修改成,

    ν / ν 0  =  ( ω / ω 0 ) / ( ω r / ω 0 r 0 ) ,

由光钟角速度  ω r =  c  、ω 0 r 0  =  c 0   代入(5)式可以得到,

    ν / ν 0  =  ( ω / ω 0 ) / ( c / c 0 ) ,------(12)。

由  c =  c 0  / ( 1 + 2 GM / c 0 2 r  )  代入上面式得到,

    ν / ν 0  =  ( ω / ω 0 ) ( 1 + 2 GM / c 0 2 r  ) ,------(13)。

  那么  ω / ω 0  = ?虽然至今本书作者还不知道环球原子钟实验的数据,也不知道 Einstein 引力理论推导的时慢算式。不过事情好像已经如 Einstein 所说,理论的内部已经做到了和谐,外部对于所知的实验都已经得到了确认。

  



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 [7楼]  作者:马国梁  发表时间: 2005/06/14 14:51 

好象是我错了,应是杨,不是羊^-^
是植物,不是动物! 看了你的文章,好象时钟变慢还是由于速度引起的呀!引力势变成速度了!
 [8楼]  作者:逆子  发表时间: 2005/06/14 23:15 

羊歌乐先生正在迎合相对论而努力吗?
相对论就是一场骗局,这一骗局有诸多因素所形成的。 爱氏与霍金,但霍金永远比不上爱氏,这是规律。 我们最好不要再走这条路了。

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