理论教育 引力红移问题的实验证明与误差

引力红移问题的实验证明与误差

时间:2023-11-21 理论教育 版权反馈
【摘要】:反之,光如果从引力场中射出,频率将降低,即向红端移动,相对论将这一观点称作“引力红移”。“引力红移”不成立。相对论的引力红移公式说明引力作功的能量已经全部用于频率改变,另一方面又认为引力作功的能量全部作用于光线弯曲。光线在引力场中弯曲是实验证明了的,因此引力红移不符合能量守恒定律。说明“引力红移”观点的质量也不守恒。以后更多类似的实验也证实了引力红移存在,其误差大约在1%。

引力红移问题的实验证明与误差

广义相对论认为在引力场中光线吸收引力能致使能量增加,并认为能量增加的形式是频率增加。反之,光如果从引力场中射出,频率将降低,即向红端移动,相对论将这一观点称作“引力红移”。“引力红移”不成立。

1.“引力红移”的理论来源不正确

爱因斯坦的《狭义与广义相对论浅说》中,引力红移是从一个旋转系统相对于旋转中心(相当于惯性系)的关系推导出来的。这个旋转系统是一个匀加速系统,按照等效原理它等效一个引力场,从而推导出了引力场中存在引力红移。在第十章中我们已经论述了“等效原理”不成立,因此“引力红移”在理论上不成立。

2.“引力红移”不符合能量守恒定律质量守恒

按照相对论,在引力场中,光子由于引力作功而增加的能量由(11-1)式确定。其中这是相对论质能公式,ω0为光线在欧氏空间的频率。如果这些能量全部用于频率的改变,假设改变后的频率为ω,则有

其中Z为引力红移。这个公式就是广义相对论的引力红移公式。引力红移公式的推导说明,光线吸收的引力能量已经全部转化为频率的增加。按照广义相对论,光线在引力场中会产生弯曲。爱因斯坦认为“光线弯曲只有在光的传播速度随位置而改变时才能发生”,即速度改变必然伴随着能量变化,而能量变化当然是由于引力作功。并且,引力所作的全部功产生的光线弯曲只有一半,另一半是引力场空间弯曲产生的。相对论的引力红移公式说明引力作功的能量已经全部用于频率改变,另一方面又认为引力作功的能量全部作用于光线弯曲。光线在引力场中弯曲是实验证明了的,因此引力红移不符合能量守恒定律。

按照相对论的“引力红移”理论,引力作功意味着光的能量增加和频率增加,还意味着光子的质量增加了。说明“引力红移”观点的质量也不守恒。(www.daowen.com)

3.“引力红移”缺乏实验支持

据报道,亚当斯1924年对天狼伴星的观测证实了存在“引力红移”现象。以后更多类似的实验也证实了引力红移存在,其误差大约在1%。他们的实验方法都是通过观测求出天体的质量和半径,然后利用引力红移公式计算引力红移的值,再与理论值比较。所谓理论值,是按照广义相对论推导的“引力红移精确解”。这是用相对论的引力红移理论验正引力红移,犯了逻辑上的错误,因此这些实验都不能证明存在引力红移。

有人认为穆斯堡尔效应证明了“引力红移”,事实上穆斯堡尔效应同样没有证明存在“引力红移”。广义相对论中的“引力红移”有两个要点:一是光线离开(或靠近)引力场时,其频率会向红端(或紫端)移动;二是原子吸收的或发出的光的频率与该原子所处在引力场的势有关。这第二个要点的意思就是不管光线是从哪里来的,它的频率只与当时位置的引力势有关。如果光线从引力势大的位置射向引力势小的位置,其频率将变小。如果欲在另一处用一原子吸收该光线,可以不必人为调节原子的频率或速度。引力势会“自动”将光线的频率调节为原子在该处的吸收频率。在穆斯堡尔实验中,不必人为震动发射装置给发出的光线以频率补偿,但穆斯堡尔实验却给予了频率补偿,完全是画蛇添足,这也说明发射的与接收的不是同一谱线。穆斯堡尔实验人为震动发射装置的做法本质上是给发出的光线光源以速度补偿,造成多普勒效应

4.实验证明在介质中光的频率不变,只是波长变短,符合对称性原理

引力场中光的频率不变,波长变长的观点也符合对称性原理,而引力红移的观点不符合对称性原理。

逻辑而言,只有在同一引力场中引力势不同的两位置观测到同一谱线的频率不同,并且观测到这两个频率的值满足“引力红移”公式,才能认为验正了引力红移。

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