加速度与引力的等效性的新诠释

 摘要；相对论的等效原里证实引力和加速度是等效的，爱因斯坦的思维实验使用的是加速上升的的电梯，虽然实验很正确，但是电梯中的实验毕竟是在一个狭小的空间得到的结果，而且电梯必须以合适速度上升时引力和加速度才等效，速度不合适时他很难等效，可见这种等效是人为制造的结果，他很难具有普遍性。只有将引力和加速度放到更大的空间来研究才能得到正确结果，     大家都耳熟能详的一个故事，牛顿再思考问题时，忽然一个苹果落在地上，因此牛顿发现了引力定律。今天就以苹果落地这一事例做一个实验，大家知道苹果落地将是一条直线，即自由落体运动，也就是苹果应该落在苹果树的正下方，但是如果将地球的自传考虑在内的话，苹果落地需要一定时间，在苹果到达地面时，苹果树已经向前运动一段距离，由于地球和苹果树是同步运动，地面也在同步向前运动，要想苹果沿直线运动掉落在苹果树的正下方是唯一正确的结果的话，那苹果必须和地面同步向前运动，才能保证苹果落在苹果树的正下方，由于苹果在向前运动的同时还向下运动，苹果落地的轨迹将是一条曲线，大家知道一个苹果落地一次，他只能有一个正确结果，事实只有一个，因此苹果沿直线下落和苹果沿曲线下落完全等效，他们是对同一个事实做出的不同的描述。                                                                                                   关键词；相对时空，空间的时间，惯性系                                                               刘军  内蒙通辽开鲁小街基官银号         手机[phone]                                                       

加速度与引力的等效性 的新诠释                                                             

   相对论中用火箭上的实验来证明引力和加速度的等效性，最终确认加速度和引力局部等效。下面从新做一个理想实验，看一看引力和加速度关系究竟怎样。                                    

大家都熟知一个故事，牛顿正在苹果树下思考，忽然一个苹果从树上落下，从此启发了牛顿的灵感，发现了万有引力定律。故事真假暂且不论，但有一点是不可否认，苹果将在重力的作用下落到苹果树下的地面上，苹果将沿一条直线垂直落到地面，这是大家的共识，也就是无论苹果树多高，苹果最终都会沿直线落到苹果树下，大家对这一点毫无疑义。当然这都是大家在地面上看到的结果，因为大家从未在地面上看到苹果是沿曲线运动，苹果从树上落下是自由落体运动，所有的自由落体运动都是垂直地面的直线运动，强调指出这是大家在地面看到的结果，在这里我们设地面是一个参考系，这只是我们在地面这个参考系看到的结果，我们设苹果从树上的A点掉落到地面的E点，A和E的连线是一条垂直地面的直线，见图1-1，如果我们在远离地球的太空来观察苹果落地这一现象会如何，由于观察者是在远离地球的太空，他不仅可以看到苹果落地这一现象，他也会看到地球在高速自传，当平果从树上A处落下到达地面E处时，由于地球的高速自传，苹果树已从A点经过B点，在经过C点，最后到达D点。 而苹果的落地点也由E点经由F点、M点到达H点 ，由于苹果树A和苹果的落地点E 是同步运动，而且上面明确讲到苹果是自由落体运动，苹果必须从A点沿直线垂直落到地面的E点，即苹果时时刻刻都在AE这个直线上，他们是同步运动，所以虽然地球在高速运动，但是谁也不会看到苹果不落在苹果树下而是落在苹果树两侧的现象，这就是事实，见图1-2.    

 

 

 

 

 

 

 

   由于地球的高速旋转，在苹果到达地面时，苹果树已经从A点经过B点、C点、运动到D点，他们的距离相等。而苹果的落地点则从E点经过F点、M点运动到H点，所以从太空中观测时苹果是从A点沿曲线最后下落到H点，实际苹果树和苹果及苹果的落地点的运动是同步的，将AE、BF、CM、DH分别连成直线，下落的苹果总在连线上，A和苹果以及E的连线是垂直地面的直线，B和苹果以及F也是和地面垂直的直线，C和苹果以及M还是垂直地面的直线，D和苹果以及H还是垂直地面的直线。设AB、BC、CD他们每一格的时间相等，从A到E每一格距离都相同，由于苹果是自由落体运动，当苹果树从A到达B时，苹果下落一格距离，苹果树从B到达C时，苹果下落两格距离，苹果树从C到达D时，苹果下落三格距离。从图中可看出如果将苹果下落的轨迹连成一线的话，苹果下落的轨迹将是一条曲线而不是直线，究竟是在地面这个惯性系上观测到的苹果沿直线做自由落体运动结果正确，还是在太空中观测到苹果沿曲线向自转的地球这个非惯性系下落的结果正确，可以说地面这个惯性系上观察者的说法正确，而太空观察者的说法也正确，只不过地面观测者是在有限的范围内做的观察，在不考虑地球自转的情况下完全可把地球作为一个惯性系，所以地面观察者观察到苹果自由落体运动是直线的结论正确。而太空观察者是把地球当做非惯性系来看，将地球自转的因素也考虑在内，当然太空中的观察者认为苹果沿曲线下落同样正确。但是强调一点无论是地面上认为的苹果沿直线下落还是太空认为的苹果沿曲线下落这是同一个事件，他们做的是同步观测，所以一    个苹果只能落地一次，不能因为苹果沿直线下落时和地面距离最短而先到达地面，也不能因为苹果沿曲线下落时距离变长而后到达地面，因为苹果树上只落下一个苹果，它不可能反复或先后落地两次，所以无论是地面观察者还是太空中的观察者他们面对的是同一个事实，

        这个   事 实是惟一的，事实不是因人而异的，无论是地面观察者还是太空观察者面对的是同一事件，虽然两个参考系的观察者说法各不相同，但它们都是对苹果落地这一事实所做的描述。只是地面观测者认为自己所在的参考系地球是静止的，太空观测者认为地球这个参考系是运动的而非静止的，即看事物角度不同才会有不同说法，无论两个参考系中的观察者的说法有多大差距，但他们面对的是同一个事件，我们称这一事件具有绝对性。尽管两个观察者的说法不同但都是对同一事件描述，所以地球上的观察者认为苹果沿直线下落的说法和太空观察者认为苹果沿曲线下落的这两种说法是等效的，是对同一事实的不同阐述。苹果直线的自由落体运动是万有引力的表现，由于曲线运动就是加速运动，所以苹果的曲线运动实际上就是加速运动，在这里引力和加速度完全等效而不是局部等效。不仅引力和加速度等效，而地面观察者认为地球是惯性系，而太空观测者认为旋转的地球是非惯性系，尽管两者说法不同但它是同一个地球却不容置疑，所以地球这个惯性系和地球这个非惯性系两者是完全等效的，也就是说将地球看做非惯性系的话，地球上所有直线运动都将变成曲线运动，惯性运动和曲线运动也完全等价。局部等效的说法不成立，最精确表述为                   1 在引力场的任一时空点，人们总能建立一个自由下落惯性参考系，观察者和地面静止时地面就是惯性系。                                                                                   2  在任何引力场的任一时空点，人们总能建立一个非惯性系或加速度参考系，如太空观察者就可将自转的地球作为加速度参考系。这两个参考系是等价的。                                             大家知道相对论的引力膨胀效应，引力大的地方时间延缓越大，由于引力和加速度等效，所以加速度越大时间延缓越大，加速度也具有相对性。由于加速度具有方向性，以地球为例以地球现在的自转速度或时间为原时，那地球自转加速度加快后地球的时间会延缓，此时加速度取正方向。如地球自转速度减小时，地球的加速度也会变小时间会变快，此时地球的加速度取负方向。时间变化公式依旧是相对论的时间变化公式。还有一种情况就是卫星围绕地球运动的情况，首先强调卫星和地球的运动方向相同，即卫星沿赤道方向运动，运动方向不相同则没有此效应，卫星必须和地球的加速度做相对运动才会有此效应。有三种情况，1  ：卫星和地面静止时即地球同步卫星，可近似认为地球和卫星的加速度相同，卫星和地面时间相同。   2  卫星的绕地球的加速度大于地球的自转速度时，卫星加速度取正方向，时间延缓。  3卫星绕地球的加速度小于地球的自转速度，卫星加速度取负方向，时间加快。当然体积、和质量也遵循此道理。                                                                   

                                                                           

             前面的结果是不是正确看下面实验，1971年由哈费尔和吉丁完成了铯原子钟环球飞行试验，延赤道向东和向西绕地球一周，回到原处向东飞行的飞机上的原子钟分别比地面上的原子钟慢59纳秒和快273纳秒。上述实验表明，相对于惯性系转速越大的钟走得越慢，这就是结论。相对惯性系转速越大的钟走得越慢的结论正确吗?此结论有两个错误，1 相对惯性系转速越大的钟走得越慢说明飞机的运动具有方向性，迎着惯性系运动钟会变慢已经突破相对性原理，相对论指出在两列相向而行的火车上，火车上的人都会看见对方的时间是延缓的，可上面的实验并非如此，当两架飞机到出发点相会后，按照相对论飞机上的人都会看到对方飞机上的钟会延缓，可是在原子钟延缓59纳秒的飞机上会看到另一架飞机时间快了273纳秒，时间不仅没有延缓反而时间加快273纳秒，所以相对论无法做出正确解释。                                                                    

2         设高空中有一颗地球同步卫星，根据引力时间膨胀效应，高空中卫星上的时间一定比地面时间快，如果绕地球飞行的飞机的时间变化是由飞机相对地心到太阳惯性系的相对速度决定的话，在高空的卫星运动速度一定大于内圈地面的运行速度，按照相对地心到太阳惯性系的速度越大时间延缓越大的说法，卫星的速度明显大于地面的速度，那卫星时间一定会慢于地面时间，相对论中引力时间膨胀效应将不在正确。此说法与引力时间膨胀效应的事实正好相反。

如何解释飞机上时间变化，显然用飞机的运动速度来解释肯定不正确，那只有用飞机的加速度。所以只有用加速度才能解释这个现象，公式仍然是相对论的时间变化公式，只是必须将速度变成加速度。当然光线经过太阳附近时光线会弯曲就很好解释了，所有的直线运动在加速参考系中都是曲线，如苹果落地实验中太空观察者认为地球是加速参考系，苹果自然沿曲线下落了。把太阳当做加速参考系时，光线经过太阳附近时光线自然是弯曲的了。当然时间也延迟了。关于宇宙膨胀问题，整体宇宙可以看做一个整体，整个宇宙都在高速旋转，而且宇宙是膨胀的，在宇宙的自转速度不发生变化的情况下，宇宙体积的增大意味着宇宙的它的加速度会减小，宇宙加速度的减小意味着宇宙的时间是加快的，体积变大，质量变小，质量的变小导致宇宙膨胀的趋势不可逆转，这种趋势会越来越明显。因为整个宇宙质量是随着体积膨大而质量却减小，已没有足够的质量吸引到一起。这是从整体来讲，如从个体来讲，如地球和月球的关系，月球就是地球的卫星，由于地球自转一圈只须24小时，而月球围绕地球转一圈需要近三十天，可见月球围绕地球旋转的加速度明显小于同一高度的地球的自转加速度，月球的加速度取负方向，显然月球的时间要比地球的时间快，这里有三种情况，上面就是一种情况，月球围绕地球转一圈超过24小时，还有就是月球围绕地球转一圈正好24小时，和地球同步运动。再有就是围绕地球转一圈小于24小时。我们设和地球同步运动的月球的时间为原时的话，如果不考虑高度的话，可认为地球和月亮的加速度相同，那一个月才围绕地球转一圈的月球的加速度明显小于地球加速度，它的时间要快于地球的时间。月球围绕地球转一圈小于24小时，它的加速度要大于地球加速度，它的时间将比地球时间慢，强调指出和地球同步运动的月球的时间为原时，当然在不考虑引力时间膨胀情况下可认为地面时间是原时。月球一个月绕地球一周，它的加速度取负方向，时间加快。相应的空间会膨胀，也就是月球离地球越来越远。月球质量会越来越小。月球不到24小时就绕地球一周，加速度取正方向，时间延缓，质量增加，空间变小，即月球的轨道会越来越靠近地球。除此之外月球还会自转，由于加速度决定了质量的变化，反过来质量的变化也决定了加速度的变化，当月球质量变小后，月球的自转就会减慢，月球体积会变大。而当月球质量增大后，月球的自转会加快，体积会变小。时间会变慢。强调一点这里的变化都是实实在在的物理变化，它是真正存在的事实，不是相对论效应。相对论的曲率是由物质多少所决定，而加速度也是由物质多少所决定，相对论中的曲率就是加速度，加速度是真实物理空间，而曲率是虚幻的数学空间，用加速度取代曲率是历史的必然。那又如何解释光线弯曲这一现象，当光线经过太阳表面时，如果将太阳的自转考虑在内，此时太阳就是加速参考系，在加速参考系中所有直线运动都是曲线运动，那光线经过太阳附近时发生弯曲在正常不过了。光信号延迟就是自然自然的事了。

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