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计算机数值方法证伪广义相对论

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发表于 2016-5-26 12:00:11 | 显示全部楼层 |阅读模式
计算机数值方法证伪广义相对论(摘要)
——精确计算结果证明广义相对论的光和行星运动理论不成立
         梅晓春 (mxc001@163.com)     俞平 (yupingpingyu@yahoo.com)
1)福州原创物理研究所            2)美国Cognitech计算技术研究所
编者按:要把方程R_uv-1/2g_uv R=-8πGT_uv作为量子引力公式来计算运用,并不是一件容易的事情。很多讲广义相对论方程的书和论文,都不具体讲其中R_uv里奇张量如何计算运用,爱因斯坦自己也如此。在《计算机数值方法证伪广义相对论》中,梅晓春和俞平教授虽然对具体的计算很详细,但他们说广义相对论对水星近日点进动的计算没有意义、微不足道。广义相对论运动方程的轨道极点由一元三次方程确定,导致许多重要信息丢失”,等等,实际都属离开爱因斯坦计算里奇张量方法的自编自导。指责者常是当“马后炮”,凑数字对号。有本事者,应该是另外找一处有争议的地方,预测一下,让事实证明指责对。
广义相对论对牛顿引力理论进行修正,由于数学上的困难,目前计算引力场中光和行星轨道运动时都采用近似方法,导致许多重要信息丢失。广义相对论运动方程的轨道极点由一元三次方程确定,有一个或三个实数解。外太空恒星发出的光在太阳系引力场中的轨道是单极点的。本文的严格计算证明,该极点在离太阳中心2452.649米的地方。因此外太空恒星发出的光要进入太阳内部被消融,不可能被地球人观察到,地球的夜空应当是黑暗的。然而事实并非如此,广义相对论的光在太阳引力场中的两个实验检验都不成立。精确数值计算结果表明,行星绕日运动轨道存在三个实数极点,第三个极点位于太阳内部施瓦西半径外0.003米的地方。但三个极点属于两个不连通的区域,轨道是分离的,由此会引起严重的问题。
精确计算结果显示,广义相对论的行星绕日运动是不稳定的,轨道要发生严重的变形。水星绕日一周近日点距离增加9.4万千米,远日点距离减小7.4万千米。因此水星的近日点和远日点要互换,约63 ~ 80个地球年互换一次。此外,水星绕日一周轨道的正焦弦要改变几千米,这种改变是不对称的和可以累加的,结果会导致轨道形状严重偏离椭圆形。
然而天文观察并没有发现,水星的轨道运动有如此大的变形。由此产生的巨大反差,使广义相对论关于水星近日点进动的计算变得微不足道。本文最后证明,在牛顿引力理论中考虑狭义相对论效应,会导致水星近日点百年16.5’’的进动。需要解释的只剩百年26.5’’,广义相对论百年43’’的计算结果误差达到38.4%。如果在地球参考系的岁差和章动,以及其他行星对水星的引力摄动的计算中也考虑狭义相对论效应,还会引起更大的进动值修正。因此广义相对论对水星近日点进动的计算实际上没有意义。在广义相对论的四个经典实验检验中,与引力场方程有关的三个实验解释都是错的。因此广义相对论对牛顿引力理论的修正不成立,爱因斯坦弯曲时空引力理论是不可能的。
广义相对论对牛顿引力理论的修正
广义相对论行星运动轨道的极点:广义相对论对牛顿引力理论进行修正,其最重要的应用是对水星近日点进动的计算,它成为广义相对论最重要的实验基础。利用爱因斯坦引力场方程的球对称的施瓦西解,得到太阳系行星运动方程。
水星近日点进动问题简介:水星近日点进动点的牛顿力学计算产生于狭义相对论之前。法国的LeVerrier1845年指出,扣除其他因素后,水星近日点进动有百年 的剩余值无法解释,后来修正为百年 。天文上实际观察到的水星近日点百年进动值约为 ,其中 由太阳系其他行星对水星的引力摄动引起,剩余的大部分由地球参考系的岁差和章动引起。扣除这些因素后,才是广义相对论的百年 。一个明显的事实是,用爱因斯坦引力理论既无法计算地球参考系的岁差(月球对地球的绕日运动轨道的影响)和章动(月球对地球自转轴方位的影响)对水星进动值的影响,也无法计算其他行星对水星进动产生的影响。对于这类天体力学问题,广义相对论甚至连引力场方程都写不出来,更不用说求解了。
LeVerrier等人早年的牛顿力学计算不可能考虑狭义相对论效应。爱因斯坦提出狭义相对论后,也没有考虑狭义相对论对水星近日点进动产生的影响。后来的物理学家大多相信广义相对论,也没有做这个工作。对此蔡力先生曾提出质疑,认为牛顿引力理论应当考虑狭义相对论效应。本文以下证明,如果考虑狭义相对论效应,也会导致水星近日点的进动。百年进动值为16.5’’,因此水星近日点进动值需要解释的只剩26.5’’。广义相对论百年 的计算值误差达到38.4%,根本不可能认为爱因斯坦引力理论得到实验支持。精确计算其他行星对水星近日点的影响是几乎不可能的事情,因为这是一个非常复杂的多体问题。于是天文学家们就将问题简化,理论上将其他所有的行星打碎,变成围绕太阳的环形的均匀质量,而且这些质量落在同一个黄道平面上。根据这样的简化模型计算得到的水星近日点移动的理论值为每一百年532弧秒,结果居然非常接近实际观察的数值的剩余量575弧秒,误差仅仅43弧秒,小于575弧秒的8%5600弧秒的0.8%
广义相对论的辉煌成绩之一就是算出了这剩下的0.8%。所以,说经典物理无法解释水星近日点的移动是不符合事实的。事实是,经典物理学能够解释水星近日点的移动。只是由于问题过于复杂,只能诉诸过于简单的模型进行近似计算,才使得经典理论的计算数值只相当于实际观测值的99.2%,而广义相对论计算的结果只相当于实际观测值的0.8%。应该说,经典理论的成绩相当不错。那么,广义相对论计算出来的0.8% 有没有意义呢?没有。除非实验观测和经典理论计算的误差大大小于0.8%,否则广义相对论计算出来的0.8% 的修正量便没有丝毫意义,这是误差理论的常识。相对论维护者要想确立相对论对水星近日点移动的解释的实质意义,就必须证明经典模型所引起的误差大大小于0.8%
可是从来没有任何人对经典计算中过分简单的模型可能产生的误差做过误差分析。这种误差分析也没法做。按常理分析,这种过分简单的模型产生的误差非常可能超过10%。理由是:
1)将行星简化为均匀的物质环是非常粗糙的模型,和绕太阳转的行星相差太大。行星的运动是动态的,集中的行星质量和水星的作用也是动态的不均匀的,而均匀的物质环是静态的;2)对行星的质量的测量不精确,对水星和土星质量的测量值仅有两位有效数字,误差大于1%3)将所有的质量环放在同一个黄道平面上和事实不符。到底误差多少很难估计,除非解决了多体问题得到精确结果后才能知道。有些教科书或网站上列出五位有效数字的计算结果,给人以误差不到万分之一的假象。其实这五位数字仅仅是计算时保留的有效数字,他不反映因为模型简单化带来的误差。
一般相对论教科书提到此事时都不谈误差分析,不提及数学模型问题。更多的书索性不提经典计算的那部分。只说“牛顿力学不能解释水星近日点移动问题, 而广义相对论能够精确地计算出水星近日点的移动(43弧秒)。这说明经典力学需要修正,说明广义相对论正确”。给不知情的读者的印象是,水星近日点的移动每百年只有43弧秒,而不是5600弧秒。比如托尔曼就說“实验观测的数值為43弧秒,正好与广义相对论计算的数值吻合”。
这是非常不诚实的说法。正确而公正的报告应该是:实际观测到的水星近日点移动为每一百年5600弧秒; 用经典理论近似计算得到的数值为5557弧秒;误差為43弧秒,小于0.8%;经典理论计算数值包括因地球坐标系转动造成的5025弧秒和因各行星造成的532弧秒;用相对论计算得到的数值为43秒;相當于实际观测数值的 0.77%,誤差为实际观测数值的99.2%, 誤差等于相对论計算結果的130倍。此外,还有其他可能造成水星近日点移动的因素。
比如太阳本身并不是完美的球体,而是一个扁球体,而且因为不能假定太阳体内质量分布均匀,所以它的总体偏心率可能比观测到的光球面的偏心率大。这就很容易造成1%的贡献。有人认为广义相对论计算出的水星近日点移动的数值正好等于经典理论计算的微小误差不过是巧合。总而言之,仅仅因为广义相对论算出了0.8% 的移动,就把它当作实验证据,是非常不严肃的。
在广义相对论的四个经典实验检验中,光线的偏折和雷达波延迟实验涉及光在太阳引力场的运动,其计算都假定光的轨道的极点在太阳表面。按照本文的严格计算,光线的轨道极点不在太阳表面,而在太阳内部离太阳中心只有2453 米的地方。二者相差高达约300000 倍,因此广义相对论对这两个实验的计算都是错的。
爱因斯坦广义相对论最重要的实验检验是水星近日点进动,正是这个问题的计算与被认为观察一致,广义相对论才得到科学界的认可。然而物理学家没有注意到的是,广义相对论对牛顿引力的修正还会引起行星轨道巨大的形变,在天文上没有被观察到。水星近日点的进动是微小的,而行星轨道的形变是巨大的,由此产生的反差使近日点进动的计算变得微不足道。
可以想象,如果当年爱因斯坦知道,弯曲时空引力理论不但会导致外太空恒星发出的光全部进入太阳内部,地球夜晚的星空会变黑,还会使太阳系的行星运动轨道出现第三极点,导致行星轨道巨大的形变,就根本不会有现在的广义相对论。考虑狭义相对论效应,还会导致水星近日点百年 的进动,需要解释的只剩下百年 。广义相对论的计算结果式百年 ,误差就达到38.4%。加上其他因素的考虑,广义相对论的水星近日点进动计算实际上没意义。广义相对论的四个经典实验检验中,除了引力红移外,与引力场方程有关的三个都是错的。
爱因斯坦引力理论导致行星轨道的第三极点,它实际上是不存在的。第三极点问题不但将广义相对论的行星运动理论彻底毁掉,而且也证明奇异性黑洞理论不成立。事实上这两个问题是互相关联,如果奇异性黑洞的视界真实存在,太阳引力场中行星运动轨道的第三极点也一定存在。假设太阳已经崩塌成黑洞,行星的第三极点一定在黑洞的视界附近。由于太阳系的行星和星系中恒星的运动轨道不存在第三极点,奇异性黑洞也是不存在的。
本文的计算机数值精确计算结果表明,广义相对论对牛顿引力理论的修正是无效的。对牛顿引力的修正不可能具有 的形似,而这恰恰是广义相对论的精髓所在。从更本质上说,爱因斯坦弯曲时空引力理论是不可能的,对牛顿引力理论的修正只能在平直时空中进行。修正项中不可能包含 的项,但通过引入与距离的一次方成正比的项,或者通过假设引力质量与速度有关来实现。比如采用以下形式:事实上,爱因斯坦弯曲时空引力理论的能力是非常有限的,在处理具体问题时相当笨拙,在许多情况下根本没有适用价值。比如火箭在地球表面加速升空(而不是在引力场中自由降落),这种对牛顿力学极为简单的问题,广义相对论都是无能为力的。爱因斯坦引力理论不可能取代牛顿引力理论成为物理学的基本理论,这是不争的事实。
历史对物理学开了个大的玩笑,谜底一百年后被彻底披露,物理学被耽误了一百年。物理学应当彻底放弃弯曲时空引力理论的几何描述方式,回归平直时空中的动力学描述方式。
参考文献
1、张永立,相对论导论,云南人民出版社,1980
2、冯麟保,刘雪成,广义相对论,吉林科学技术出版社,1995
3、刘辽,赵峥,广义相对论,第二版,高等教育出版社,2004
4S. 温伯格,引力论和宇宙论,科学出版社,1984
5.、蔡力,相对论探疑,上海交通大学出版社,2013年,p. 51, 131.
6.、王令隽,广义相对论百年,博客网;
7、梅晓春,第三时空理论与平直时空中的引力和宇宙学,知识产权出版社,2015
《计算机数值方法证伪广义相对论》
张崇安  王德奎
R_uv-(1/2)g_uv R=-8πGT_uv       (1)
式(1)为爱因斯坦广义相对论方程。左边第一项R_uv,是里奇张量,针对的是圆周运动:在两个物体中当一个物体有被绕着的物体作圆周运动时,该物体整体体积有同时协变向内产生加速类似的向心力的收缩或缩并、缩约作用。里奇张量和里奇曲率是一种全域性或非定域性的体积收缩的引力效应,而不同于韦尔张量和韦尔曲率是针对不管平移或曲线运动,体积效果仍与直线距离平移运动作用一样,只类似是一维的定域性的拉长或压扁的潮汐或量子涨落引力效应。另外量子卡西米尔平板间也有韦尔张量收缩效应,但这与量子回旋间,被绕离子核非定域性的里奇张量收缩效应的引力量子信息隐形传输机制,本质是不同的,又是统一的。以上1)式已有彭罗斯对里奇张量的推理证明,在物理、力学中如何针对具体问题构造这个泛函,在物理、力学问题有不同的数学信息学编辑技术。
亚光子海洋引力精准编辑测序原子模型,是看原子核内质子量子色动化学构成的卡西米尔平板间的量子起伏,产生的收缩效应引力,这属负能量作用力,发出的引力介子属于虚数超光速粒子。但对星球间的里奇张量收缩效应,发出的引力介子是分成经典的光速传输,和量子信息隐形虚数超光速传输两部分,这把回旋被绕的星球也分成了两半。一半是对着回旋的卫星,类似属韦尔张量的牛顿引力是经典的光速传输;另一半是背着回旋的卫星,由于里奇张量整体收缩效应,逼迫这一半需要量子信息隐形传输的虚数超光速引力介子,两半收缩才能同步。由此方程式R_uv-1/2g_uv R=-8πGT_uv,可理解为:左边第一项R_uv里奇张量,属全域整体收缩效应的作用量。其余式中R是里奇张量的迹;g_uv是对距离测度的空间几何度量张量;G是牛顿引力常数;T_uv是刻画能量、动量和物质性质的张量;1/28、π是数。左边第二项1/2g_uv R,实际代表针对背着回旋卫星那一半星球的里奇张量收缩效应的作用量。等式右边的8πGT_uv,实际属可计算和测量的引力作用量;其负号代表引力方向作用向球心,而不是向外。
方程(1)是爱因斯坦1912年就已经正式推出的结果,但《上帝的方程式》一书说早在1880年,德国数学家福斯已推导而得满足曲率张量的重要的特殊条件,只是当时没有引起注意;后被意大利数学家比安基重新发现。这个缩并的比安基恒等式,实际是和体缩的里奇张量相关。爱因斯坦早在1895年自学完微积分后,就已经懂得;到1905年创立狭义相对论,已经能进行里奇张量计算。原因是两条路线:一条是物理的尺缩效应,1873年麦克斯韦从电磁场方程得出光速常数,1887年迈克尔逊-莫雷实验揭示光速不变,1895年洛伦兹用公式变换证明缩效应。另一条是纯数学,1857年德国数学家黎曼创立黎曼张量,1880年福斯接手研究,1877-1878年意大利数学家里奇在德国作学术访问认识福斯;1880年在大学当数学物理教授的里奇,知道福斯对曲率张量缩并推导后,就着手研究,在1884-1894年建立了里奇张量概念。两路的合拢,是1894年爱因斯坦的父母移居意大利,1895年爱因斯坦第一次考大学失败,到意大利探望父母期间认识里奇,由此接触里奇张量。1896年爱因斯坦正式考入大学就读,围绕里奇张量的体缩数学开始广泛地自学,特别是关注黎曼和洛伦兹的数学成果。爱因斯坦对里奇张量应用的探讨,到1905年他一连发表五篇重要的论文。这之后,爱因斯坦希望用实验证明自己的想法更强烈,由此最早选定用里奇张量参与对水星近日点进动等的计算竞争,后才有方程(3-1)的完善。 上帝的方程式》一书也认为爱因斯坦不懂里奇张量,理由是说爱因斯坦1912-1915年间才向朋友、同学格罗斯曼和同事皮克教授等请教里奇张量,其实这都是爱因斯坦先主动提起研究里奇张量的。历史事实最后证明,正因为爱因斯坦追求的是里奇张量的严格证明和具体应用,皮克与格罗斯曼等很多人,又都先后跟爱因斯坦分道扬镳。因为很多人是华而不实,表皮对里奇张量津津乐道。纽约州立大学石溪分校终身教授、清华大学丘成桐数学科学中心访问教授、计算共形几何创始人顾险峰先生有一段精辟论述,他类似说:里奇张量与庞加莱猜想,本身异常抽象而枯燥,如单连通的闭3-流形是三维球面,似乎没有任何实用价值。但是为了证明庞加莱猜想,人类发展了瑟斯顿几何化纲领,发明了哈密尔顿的里奇曲率流,深刻地理解了三维流形的拓扑和几何,将奇异点的形成过程纳入了数学的视野。这些基础数学上的进展,必将引起物理数学信息学实用技术领域的“雪崩”。 比如里奇曲率流技术实际上给出了一种强有力的方法,使得可以用曲率来构造黎曼度量。里奇曲率流属于非线性几何偏微分方程,里奇流的方法实际上是典型的几何分析方法,即用偏微分方程的技术来证明几何问题。庞加莱猜想的证明是几何分析的又一巨大胜利。当年瑟斯顿提倡用相对传统的拓扑和几何方法,如泰西米勒理论和双曲几何理论来证明,也有数学家主张用相对组合的方法来证明,最终还是几何分析的方法拔得头筹。哈密尔顿的里奇流是定义在光滑流形上的,在计算机的表示中,所有的流形都被离散化。因此,需要建立一套离散里奇流理论来发展相应的计算方法。顾险峰等建立的离散曲面的里奇曲率流理论,证明离散解的存在性和唯一性。因为几乎所有曲面微分几何的重要问题,都无法绕过单值化定理。离散曲率流的计算方法显示离散里奇流算出的封闭曲面和带边界曲面的单值化。本质上现实生活中所有可能的曲面,都被共形地映到了三种标准曲面上,球面、欧氏平面和双曲平面。这意味着,如果发明一种新的几何算法,适用于这三种标准曲面,那么这一算法也适用于所有曲面。因此,离散曲率流的技术极大地简化了几何算法设计。 我们说方程(3-1)能作为量子引力精准公式来计算运用,也是从2006庞加莱猜想获证以后才认识到的。因为要真正弄懂方程(3-1),首先必须弄懂庞加莱猜想证明的全部推导。而且它的证明涉及微观领域,这正是量子引力的地方。量子引力研究简史》一文第一条就说:1904法国科学家庞加莱提出庞加莱猜想,奠定了当代前沿科学的数学基础。即正猜想的收缩或扩散,涉及点、线、平面和球面;逆猜想的收缩或扩散,涉及圈线、管子和环面;外猜想的空心圆球内外表面及翻转,涉及正、反膜面和点内、外时空。这标志着传统科学的结束,革命科学的开始。这项工作链,是从1963赵正旭先生从川大数学系毕业分配到今天中国科技城绵阳市的盐亭县中学当老师,传授赵正旭难题“不撕破和不跳跃粘贴,能把空心圆球内表面翻转成外表面”开始的。后来知道这道难题跟庞加莱猜想有关,已经53年过去。从随着佩雷尔曼2006年证明庞加莱猜想获得菲尔茨奖,可以看到里奇张量能推证庞加莱猜想;庞加莱猜想定理能推证四色猜想;四色猜想定理能推证夸克的色禁闭。而反过来夸克色禁闭的四色猜想定理,能推证“暗物质和暗能量”就储藏装在原子核质子和中子的“口袋”里。因为自旋作为量子色动语言学,被看成编码,是一种量子符号动力学。三旋的面旋、体旋和线旋等三种旋,由于夸克的避错编码用的面旋、体旋和线旋3个标记,只是一个数学的组合编码,它们还可作数学的排列的6种编码,所以能给夸克的“色荷”编码留有位置。这种排列变换,代表的是一个组合编码中的面旋、体旋和线旋起始顺序不同。但标准模型粒子避错编码符号代表的弦线圈,是完全变成一个旋束态的“目的环”三旋120排列编码对应宇宙中物质总量,“量子避错编码”24个只占1/5。其剩下的“冗余码”,作为玻色子的暗物质编码排列组合符号,代表的类似弦论和量子场论三个弦线圈的复合“混杂堆积”成的旋束态。其次,庞加莱猜想外定理的空心圆球内外表面及翻转,这类“羊过河”的寓言故事投射在一维空间,必然涉及量子间断;以及借助庞加莱猜想熵流,还可证时间之箭的起源,在此还能把热力学与量子论、相对论、超弦论相联系。爱因斯坦在他的《我的晚年》书中说:“广义相对论目前还是不完整的,因为能满意地应用广义相对论原理的还仅仅是引力场,而不是统一场”。看来爱因斯坦是清醒的,他的方程(3-1本身是完整的,也是对的。但他只理解宏观的里奇张量,还不了解微观也能作为量子引力精准公式来运用计算。这是时代的局限。
参考文献
[1][罗杰•彭罗斯,通往实在之路,湖南科技出版社,王文浩译,20086月;[2]张崇安,亚光子粒群波理论与实验,2006科技学术论文集,原子能出版社;[3]孙东浩,空实二源与粒群波——记山西北武能源技术有限公司张崇安的创新思想,《科学中国人》,20111月号;[4]罗尔夫•恩特等,胶子与夸克怎样塑造宇宙,《环球科学》20156月号;[5]王德奎,三旋理论初探,四川科学技术出版社,2002年;[6]孔少峰、王德奎,求衡论---庞加莱猜想应用,四川科技出版社,2007年;[7] 顾险峰,VR/AR背后的弄潮儿(1):微分几何之逼近理论,科学网顾险峰博客;[8] 陈超,量子引力研究简史,环球科学,2012年第7期;[1][阿米尔・D・阿克塞尔,上帝的方程式,上海译文出版社,薛密译,20141月。
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