《第五章》以太与场和波的关系

5.1. 场

5.1.1. 场的历史

场，本义是指平坦的空地，筑土为坛，除地为场。在历史上，对场的定义有很大的差别，在不同的领域也具有不同的含义。在数学上是指一个向量到另一个向量或数的映射，物理中的场，最先是法拉第为描述电的相互作用和磁的相互作用而引入的一个辅助形象概念，描述电的相互作用时，法拉第用一些“力线”来表述电力的作用性质。这些力线的性质就是法拉第电场的性质。

在早期的物理中，场是描述超距作用的数学工具，是帮助我们理解一个空间里两个电荷或两个质量之间是怎么沟通交流的一种工具，认为场是物质与生俱来的属性，不存在传播速度的问题（没有传播速度或者传播速无穷大），是一种超距作用。所谓的超距作用指的是：相隔一定距离的两个物体之间存在着直接、瞬时的相互作用，不需要任何媒质传递，也不需要任何时间。

在近代物理中，场的概念扩大化，场又用来描述其他的物理现象，如温度在物体内部的分布，人们把物体内部的温度分布描述为坐标和时间的函数，称为温度场；流体的速度分布也可以描述为速度场，这里的场是一个描述某种物理规律在一定空间中分布的数学函数，是一种描述物质内部物理规律的数学手段。爱因斯坦也认为广义相对论是一种场论，他甚至试图把各种场统一起来，形成一种完美无瑕的理论。

把场看成是物质的一种表现形式是麦克斯韦电磁理论诞生以后的事。麦克斯韦从理论上证明了电磁场的存在，人们就认为电磁场也像温度场和速度场一样要借助于介质来传递，而这种介质就是以太，但人们用各种实验来检验以太的性质并证明它的存在，但最终以迈克尔逊-莫雷实验否定了以太的存在，最后人们只好假设电磁场本身就是物质，它的传播不需要任何介质。

5.1.2. 场的定义

场是物质吗？这是一个物理学界甚至哲学界争论了200多年的老问题，到目前也没有统一答案。

本文认为：场不是物质，是物质发生作用的范围或空间。场不同于物质，是物质的固有属性，例如，带电粒子是一种物质，它的周围就存在电场，这个电场是带电粒子与生俱有的，它对另一个带电体的作用是直接给予的，不需要中间物质传递，也不需要时间。场是描述超距作用的数学工具，描述的内容是一定范围内的物理作用。实物和场是不可分割地相互联系而存在，场只能存在于物质的周围，不能脱离物质而存在，场是源产生的，不存在无源之场。物质能够独占空间，具有排他性，而场可以在任何空间进行无限制叠加，即使是完全不同性质的场。

一般来说我们看到的物体都是物质的实体，而看不见物质的场。然而，物质实际上同时具有实体与场这两种性质完全不同的基本属性。所谓属性就是与生俱来的性质。所以，任何物体，小到微观粒子，大到宇宙天体，每个独立的物体都是一个由实体与场组成的统一体。

5.1.3. 小结

物理中的场指的就是空间，是具有某种物理作用的空间。场不是物质，是物质发生作用的场所。场不需要传递，它是物体固有的属性，是与生俱有的。场依附于物体，没有物体就没有场。

每个物体所携带的场，是以该物体的质心为几何中心形成一个球形场，但这个球形场的物理强度分布是不均匀的，它是以距离的平方反比呈球面形式分布。因此，在物体实体之外，距离质心越近的地方场强度越大，距离质心越远的地方场强度越弱。

在自然界中，只有电场（电荷产生的场）和引力场（质量产生的场）才是真正意义上的场。

5.2. 电场与磁场

在电磁学中，电场与磁学统称为电磁场，实际上，电场是电荷产生的，它是带电粒子与生俱有的属性，是有源场。磁场虽然也称为场，但磁场并不属于场的范畴，它是电场运动所产生的效应（有人认为是相对论效应），是无源的，并不是真正的场，是由电场衍生出来的，磁场与电场不是平等的关系，没有电场就没有磁场。

任何电场都不能脱离带电粒子而存在，而且电场的强度与带电粒子的距离符合平方反比定律。没有带电粒子存在的空间是不可能存在电场的，磁场就更无从谈起。麦克斯韦方程的成立的条件是：必须存在带电粒子！

5.2.1. 电场是物质吗？

现代物理对电场的定义为：电场是电荷及变化磁场周围空间里存在的一种特殊物质。这种物质与通常的实物不同，它虽然不是由分子原子所组成的，但它却是客观存在的特殊物质，具有通常物质所具有的力和能量等客观属性。而对磁场的定义为：磁场是磁体及运动电荷周围空间里存在的一种特殊物质。

这种特殊物质是什么？谁也不知道，这里引用彭晓韬先生的一段描述：如果电场是一种特殊物质，则电子和质子产生的特殊物质应该是两类完全不同的特殊物质，这两类特殊物质还需同时具有以下各类基本特性：

1. 以点电荷为球心的球对称分布；
2. 以点电荷为球心、以距离球心r的平方反比降低物质密度；
3. 点电荷须以其为起始点、以光速C向各个方向发射特殊物质，且当点电荷运动时，其产生的特殊物质也得随其改变空间分布规律；
4. 电子和质子产生的特殊物质性质相反；
5. 电子或质子产生的特殊物质相遇时互相排斥、电子与质子产生的特殊物质相遇时相互吸引；
6. 两个电子或质子产生的特殊物质同时作用于另一个点电荷时，作用结果遵循矢量叠加原理；
7. 不同电子或质子产生的特殊物质可以同时处于同一空间位置上，即这类特殊物质是不独占空间的；
8. 无论是电子还是质子产生的特殊物质均不会对中性粒子（中子）产生任何作用；
9. 任何一个电子或质子所产生的特殊物质应该充满整个宇宙；
10. 同性特殊物质反向运动相遇或异性特殊物质同向运动相遇时会相互抵消而消失，但不能破坏能量与动量守恒定律。

从以上对特殊物质基本属性的要求可知：宇宙中不可能存在这样的特殊物质，既要相互抵消而消失，又不能破坏能量与动量守恒定律；既要偶尔与同性相消，又要偶尔与同性相吸。因此，电场不可能是具有动能与动量的、仅与带电体产生相互作用的特殊物质。

如果磁场是物质，由于磁场是带电粒子运动产生的，当带电粒子运动时它就存在，静止时它就消失，这是什么物质呢？与参考系还有关系，估计自然界中不会存在这样的特殊物质。

5.2.2. 电磁场的定义

本文定义：电场是电荷产生的，是对放入其中的电荷有力的作用的空间，磁场是电场的运动效应。

5.2.3. 电磁场与以太没有关系

1861年，麦克斯韦在它的“物理力量线”中，认为磁场强度H直接等于纯涡度（以太的旋转），而B是加权涡度，对涡旋海的密度进行加权，磁导率μ是（以太海洋）密度的度量。1890年，声名卓著的开尔芬提出：电效应是由以太的平动引起的，磁现象是由以太的转动引起的。

在 20 世纪之前，以太是物理学家深信不疑的物质，所做的理论、研究、成果都是围绕着以太而展开。在牛顿之前，关于物体之间的作用就存在两种对立的猜想：一种认为物体之间除了接触作用之外，还存在超距作用；一种认为物体之间的所有作用力都是近距作用，两个远离物体之间的作用力必须通过某种中间媒介物质传递，不存在任何超距作用，这种中间媒质被称为以太。麦克斯韦也认为：在空间存在着以太物质，场的各种实在的属性被赋予以太，电磁场的扰动以波的形式传播，其速度等于光速。

本文认为：不论任何物理场，都是指具有某种作用的空间，是物质的一种属性。物质间存在超距作用，其作用不需要时间，也不需要中间媒介传递。任何物质都具有质量，不存在没有质量的物质，而任何场都没有质量。以太是中性流体，与电场和磁场没有关系。

5.2.4. 真空磁导率与以太的密度

既然以太与电磁场无关，为什么真空磁导率与以太的密度相等？

在麦克斯韦之前，没有磁感应强度B这个概念，量度磁场的物理量是磁场强度H，磁场强度H与电流的关系为。从这个式子可以看出：磁场强度只与电流有关，与以太无关。

磁感应强度B是麦克斯韦引入的，在引入B时明确指出：H是以太的涡度，B是加权涡度，是用以太的密度进行加权：，其中μ就是以太的密度。进入20世纪以后，人们否定了以太，但却继承了麦克斯韦方程组，把加权涡度改成了磁感应强度，把以太的密度改成了真空磁导率。

在现代电磁理论中，真空磁导率是定义值：μ₀= 4π×10^-7牛顿/安培²，是由公式

定义的，此式是真空中两根通过电流相等的无限长平行细导线之间相互作用力的公式，式中I是导线中的电流强度，a是平行导线的间距，F是长度为L的导线所受到的力，并规定当L= 1米，a= 1米，I= 1安培时，F= 2×10^-7牛顿。

很明显，在电磁场理论中，B和D的引入是画蛇添足，因为，，而且和都是常量！没有D、B，这些物理量并不影响电磁场理论的发展。麦克斯韦之所以把和引入到电磁理论中，就是因为他假设是以太的密度，是以太的体积压缩系数，因此，电磁波在真空中的传播速度才变得合情合理。为什么真空磁导率的定义值是

可见，电磁理论中的真空磁导率与以太的密度相等是由历史原因造成的，因为真空磁导率是麦克斯韦作为以太密度引入的，但其值是根据电磁波理论确定的，它在电磁场理论中只是一个常数，没有物理意义。它是为了场与波建立联系而引入的，但却把电磁波理论引入歧途。

5.2.5. 电场与磁场的关系

有一种观点认为：磁场是电场的相对论效应，磁与电同源，电场强度与磁感应强度的关系可表示为，其中，v是电场的速度，是单位矢量，c是光速，台湾科技大学工学博士宫非利用相对论给出了推导的过程（https://www.zhihu.com/question/ 294497161/answer/1629132693）。

如图5-1所示，A、O是空间中的任意两个点，假设A点有一电量为q的电荷，O点是一观察点，A、B两点的距离为r。如果A点相对O点静止，则O点的电场强度为，磁感应强度B = 0。如果A点相对O点的运动速度为v，则O点的电场强度仍为（这里隐含了一个假设：电场的传播速度为无穷大，没有推迟效应），但磁场强度变为。比较E和B可以得出：。

图5-1.点电荷所产生的电场与磁场的关系

可见，对于点电荷，在同一个观察点上，只要粒子的运动速度是一定的，E和B的比例就是确定的，虽然E与B存在一定的关系，但是我们不能说是电场产生了磁场，但可以说磁场是电场的运动效应，与相对论无关。

5.2.6. 变化的电场能产生磁场吗？

tzp39215819707的博客中有一段话：“麦克斯韦经典理论”的前半部分：“变化磁场周围产生的电场”能精确检测到，也很常见；但是后半部分：“变化电场周围产生的磁场”几乎检测不到。把两块平行金属板连接电池充电后，平行金属板间就是一个电场，此时，若电场周围有一个精密的磁针，当改变电场强度（如：改变金属板间的距离、改变接触面积、移动电场位置等）时，磁针没有任何转动。显然，变化电场周围不能直接产生变化磁场。但是，如果变化电场周围增加一根导体，导体内会产生电流，导线周围就产生磁场。通常，我们会误以为是变化电场直接产生了磁场，但事实上，磁场是电流产生的。一句话，没有导体存在的情况下，无论电场怎么变化也产生不了磁场。由此可见，电流才是产生磁场的根本，变化电场周围根本不存在磁场。因此，在没有导体的真空里，就无法产生“电、磁在空间相互激变”。

在我们的教科书中有这样一段话：“只要电场发生变化就能够产生磁场，均匀变化的电场产生稳定的磁场”，有麦克斯韦理论为证：，但在实际中，很难找到有力的证据（在第一章中已经详细说明），麦克斯韦方程应为：，下面举两个例子：

一根通有交变电流的长直导线，其周围既有变化的电场也有变化的磁场，根据毕奥－萨伐尔定律，长直导线外的磁场为：

再举一个例子，如图5-2所示，是一个线圈和一个磁芯所组成的电路，当线圈中通入交流电时，磁芯内就会产生变化的磁场，在A点就会有涡旋的电场，但在A点不会存在磁场（磁芯中的漏磁除外）。

图5-2. 变化的涡旋电场也不能产生磁场

根据上述原因，可以得出结论：变化的电场不能产生磁场。

5.2.7. 变化的磁场能产生电场吗？

变化的磁场能产生电场，得到了大多数人的认可，有电子感应加速器为证，没有人提出不成立，但是

成立，就可以得出变化的磁场一定能产生的电场吗？如果磁场能够产生电场，可分为两种情况：一是动生，二是感生。

先看动生的情况：

图5-3. 动生电流

如图5-3所示，不管磁铁是否运动，它的周围都没有电场，因为如果运动的磁铁周围存在电场，那么与磁铁一起运动的线圈中也会感生出电流。既然运动的磁铁周围没有电场，线圈中的电流是如何产生的呢？这是因为只要磁铁与线圈之间产生相对运动，线圈就会切割磁力线，在洛仑兹力的作用下，电子就会定向移动，从而产生电流，在这个过程中，没有电场产生，所以动生电场只是一个假设，并不实际存在。可见，相对运动的磁场在线圈中产生的是感生电流，并不是电场，是相对运动的电子在洛仑兹力的作用下改变方向产生的。

运动磁场具有电场的特征：当一个具有磁感应强度为B的磁场以速v运动时，这个场的电场强度为E= B×V，但这个场并不是真正的电场，只是具有电场的某些性质，是洛仑兹力的表现，因此，不能说磁场产生了电场。

再看感生的情况，以下面的三种情况说明：

第一种，通入交流电的长直导线

当长直导线通入交流电时，导线内部磁场为：，外部磁场为：，内部电场为：（L为导线分布电感），外部电场：。

可以看出：在导线内部，电场强度与r无关，而磁场强度与r是线性关系，电场强度与电流的变化率成正比，而磁场强度与电流的大小成正比，电场与磁场没有直接关系，但都与电流有关。

在导线外部，电场强度的方向与导线平行，电场与磁场存在一定的关系，但并不表示变化的磁场产生了电场，因为在电场强度的表达式里并没有磁场的影子，感生的电场只与电流的变化率有关。

第二种，长直螺旋线圈

当长直螺旋线圈通入交流电时，其内部磁场强度为：（n为每米匝数），外部磁场强度为0，内部电场强度为：，外部电场强度：。

在螺旋线圈内部，没有涡旋的磁场：，但，也说明了变化的电场不能产生磁场。虽然成立，但从电场强度的表达式可以看出：在螺旋线圈内部，感生电场只与变化的电流有关，麦克斯韦方程成立的原因是：磁场是电流产生的，而电场是变化的电流产生的，电场与磁场确实是存在一定的关系，但并不代表磁能生电，而在螺旋线圈外部，电场与磁场无关，虽然麦克斯韦方程的积分形式仍然成立。

第三种，变压器

如图4-2所示，当线圈中通入交流电时，磁芯内就会产生变化的磁场，在A点就会有涡旋的电场。从表象上看，A点的电场是磁芯中变化的磁场产生的。但在A点并没有磁场，如果远处变化的磁场能在某处产生电场，而此点却不存在磁场，在逻辑上也是不成立的。那么，A点的电场是怎样产生的呢？

首先，磁芯中的磁场是由线圈中的电流产生的，在变压器的初级线圈中，存在着磁场和电场，而且比不存在磁芯时大很多倍，可见，磁芯的作用就是对线圈中电场和磁场的放大，而且，磁芯还可以对磁场和电场进行传递。

因此，A点存在电场关键是磁芯对电场的放大和传递，在磁芯周围的任何一点，都存在着电场，但这个电场并不是磁场产生的，而是线圈中的电流产生的，磁芯只不过是一个放大器和通道。

5.2.8. 小结

1、静电场是由电荷产生的，感生电场是变化的电流产生的，电场是电荷所具有的物理属性，没有电荷就没有电场，电场不能脱离电荷而存在。

2、任何变化的电场必然存在电荷的运动，任何变化的磁场也必然存在运动的电荷。变化的电场产生磁场、变化的磁场产生电场都是表面现象，其根本原因都是电荷的运动所引起的。如果没有电荷的存在，电场与磁场都不存在。

3、磁场是电场的运动效应，没有电场的运动就没有磁场。

4、以太与电磁场没有关系

5.3. 引力场

5.3.1. 引力场的定义

引力场，是描述物体延伸到空间中对另一物体产生吸引效应的理论模型。

广义相对论认为引力是“时空的弯曲”，引力场是物质在空间中产生的空间弯曲效应，物体在该弯曲的空间内运动时表现出在直角空间中的运动状态改变，从而体现出引力效应。但是，空间如何弯曲的？在真实的三维空间中，根本无法描述空间的弯曲！

本文认为：引力场是有质量物体相互作用的空间，是任何具有质量的物体所具有的自然属性，是描述有质量物体间超距作用的工具。例如，在日食发生时，地球受到太阳和月亮的引力方向连成一线，它们对地球的潮汐作用会叠加，达到最大，但是，每次发生日食时，我们测量潮汐作用引力最大的时间，并不是日食发生的时间，而是退后大约40秒，与地、月、日实际连成一线的时间几乎同时。如果引力的传播速度是光速，那么地球上潮汐最强的时刻应该会提前40秒才对，但实际情况却不是这样，这说明，光的传播需要时间，而引力的传播却几乎不需要时间！在牛顿模型中，引力瞬间传播：一个大质量物体施加的力直接指向另一个物体的当前位置。例如，尽管太阳距离地球500光秒，但牛顿引力描述的是地球上的一个力指向“现在”太阳的位置，而不是500光秒前的位置。将“光传播延迟”加入牛顿引力中会使轨道不稳定，导致预测与太阳系观测明显相矛盾。天文学家在利用牛顿定律计算星球之间的引力时，不论两个星球之间的距离有多远，都无视引力的速度问题，把引力的传递当成瞬间的，这样做也从来没有出过问题。因为引力场是有质量物体的属性，是与生俱有的。

科学家们通过脉冲星扫过地球的周期变化，可以知道地球在宇宙空间中的位置变化。无论采用哪个脉冲星计算，得出的结果都是：地球受到太阳的引力方向是指向实际太阳的，这就等于说，地球与太阳之间的引力传递几乎是瞬间的，而牛顿本人则认为两个物体之间的引力是瞬间传递的，也就是说，引力的速度是无穷大。这说明了“引力的速度是光速”的假设不成立，据估计，引力的速度至少超过光速1亿倍。

量子力学认为引力是通过一种没有质量、永远相吸的假想粒子——引力子来传递引力的。假设量子力学是正确的，但也无法解释黑洞，因为黑洞一旦形成，光速运动的光子都无法逃逸，但引力依然存在，说明要么引力不是通过“引力子”来传播的，要么“引力子”的速度远远大于光速，要么引力不会影响引力子的传播速度。逃逸速度越大的黑洞，对同样距离处的引力也越强，如果“引力子”存在的话，说明引力传播速度是无限的。因为所谓黑洞的逃逸速度，在“引力子”的速度面前都不值一提。

如果引力作用不是远大于光速的，即使在太阳系中，八大星系由于来自太阳的引力延迟，是不可能都符合平方反比律的，开普勒第二和第三两个定律是不可能同时被八大行星满足的，例如海王星的引力延迟会有240分钟。当然现有理论可能将这种作用修正到行星轨道的进动现象里去，但无论如何，开普勒定律和牛顿引力定律毕竟都是从引力为超距作用这个前提推导出来的。（以上内容部分摘自《大科技杂志社》）。

5.3.2. 引力场是物质吗？

有一种观点认为：传递引力的是一种物质，具有能量和动量。有质量的物体间会产生相互吸引的力，这种力就是通过一种特殊的物质来实现的，就叫作引力场。但是这是什么物质呢？谁也不知道，自然界中还没有发现具有这种性质的物质。因此，引力场是物质也只能是一种猜想。

按照粒子标准模型，所有有质量的物质无论相距多远，都必须同时发射、同时接收其他物质发射的各种传递引力的引力粒子。同时接收其他所有物质发射的引力子，注意！是同时！物质间距离不同，又相隔遥远，每一物质都必须对所有物质的位置了如指掌，并且心有灵犀约定好同时行动，时间必须分毫不差。很明显，即使是万能的上帝也无法完成这样神奇的任务。这种基本作用力的传递模式还存在一个数量问题，所有有质量的物质都需要发射海量的引力子，一粒沙子都必须日复一日、年复一年地向宇宙中所有的物质发射引力子并接收所有物质发射出的引力子，宇宙中的物质需要多少引力子？一粒沙子要发射多少引力子才能“无缝持续”地与全宇宙的物质引力互动？按照这样的引力作用模式，宇宙空间将充满光速运动的引力子和各种各样光速运动的传播子。这些不同的玻色子必须畅行无阻，即使是量子空间涨落也不允许阻碍它们的光速运动。这些海量的玻色子已经将真空变成了粒子的海洋，光还能在这种塞满疯狂运动的粒子的海洋里保持光速的不变吗？是否需要一个上帝来指挥交通呢（摘自书房记，作者李春生）？

5.3.3. 以太与引力场的关系

1920年，爱因斯坦又捡回了被他视为垃圾的以太，他说：“根据广义相对论，空间是具有物理性质的，没有以太的空间是无法想象的，但根据狭义相对论，只是不需要以太，并不是全盘的否认”！依照广义相对论，空间赋有物质性质，因此，在这种意又上，存在着一种以太。因为，在这样一种空间里，不但不会有光的传播，而且空间和时间的标准（量杆和时钟）也不可能存在，因此也就没有物理意义上的“空间–时间”间隔。

晚年的爱因斯坦之所以钟情于以太，是因为人们对于空间的弯曲实在无法想象。我们的实际空间是三维的，引力场是静态的，与时间无关，因此时间与引力场并没有直接的关系，四维的时空也是无法想象的。

真空不空已经成为共识，但真空中是什么又成为争议的中心，本文认为：真空中包括以太，称之为以太真空。

由于以太无处不在，以太粒子又具有质量，引力场与以太相关是理所当然的：引力场能够改变以太的密度分布，而以太的密度分布不均又反过来影响引力场的强度。引入以太后，广义相对论中的空间弯曲就可以理解为以太的密度ρ是质心距离r的函数，而且，是球面弯曲，而不是广义相对论的那个无法想象的空间弯曲。

5.3.4. 引力场理论

目前，引力场理论主要分为两种，一是经典的牛顿力学，二是广义相对论。

牛顿力学认为：时空是平直的，并且不管距离有多远，引力的作用都是瞬间完成的，也就是说，引力场是超距作用，其强度可表示为，其中G为引力常数，M为天体的质量，r是质心距。

广义相对论是用黎曼几何描述引力，将引力解释成时空弯曲，认为时空与物质的关系十分密切（在牛顿的理论中，时空与物质无关）。因此，广义相对论认为引力并不真实存在，只是一种时空弯曲效应。该理论将时空几何化，存在于三维空间中的物体能够使空间乃至时间发生弯曲，其引力场方程可表示为，描述的是时空中的物质分布与时空几何之间的关系。

在太阳系，牛顿的引力场理论已经足够精确，数学家通过他的理论成功预言了海王星的存在，在许多地方，都被验证这是一个完美的理论。理论界认为：在强引力场下，爱因斯坦的理论要比牛顿理论更具普适性，但这套理论极其复杂，而且无解析解。本人无法理解其中的时空弯曲，而且在计算时要用许多的近似，很少有人在实际的天体计算中利用爱因斯坦的相对论。

本文认为：牛顿的引力场理论确实需要修正，因为它没有考虑以太的作用。当天体的密度不大时，以太的密度变化很小，可以不予考虑，但在强引力场中，以太的密度变化很大，成为不可忽略的因素。考虑以太的因素后，引力场的强度可表示为，其中N表示以太引起的附加质量。

任何天体中心与表面的密度都存在差别，地球中心的密度比表面大，太阳也是如此，就连不同深度的水的密度也不相同。以太是流体，与星体质心的距离不同时，密度也会有所不同。正是以太的密度分布不同，才会产生附加质量。

我们知道：气体在星体表面的密度分布可表示为，因此，由于以太密度分布不均所引起的附加质量可表示为，其中r₀是星体的半径，L是到质心的距离。

以地球为例，如果不考虑以太的运动，可以计算出地球周围的以太所产生的附加质量：假设以太的温度不变，T= 2.725K，地球表面的以太密度为ρ₀= 1.257×10^-6 kg/m³，地球质量M= 5.96×10²⁴ kg，以太粒子的质量m= 6.97×10^-40 kg，则地球表面的以太密度可表示为，在距地球表面100 km处的以太密度为kg/m³，附加质量可表示为= 584 kg。

可以看出：地球对以太的密度的影响完全可以忽略不计，但是，如果由以太粒子组成半径为6370千米的固体，由于假设以太粒子的密度为2×10¹⁸ kg/m³，可以算出这个以太球体的质量为= 2.16×10³⁹ kg，比银河系的中心黑洞还要重2百多倍。这个以太球体将会对以太空间产生巨大的影响，它的周围是浓密的以太大气，而且以太的温度也不再是恒定的，下面是对以太球体的结构猜测。

1. 核心区，固体结构，与地球的大小相同。由于以太粒子没有振动的空间，因此无法振动，其温度为0 K，质量为2.16×10³⁹ kg；
2. 过渡区，从固体向气体的过渡，以太的温度存在跃升，估计为30000 K量级，然后逐渐下降，其密度从10¹⁸ kg/m³量级逐渐下降到10³ kg/m³量级，厚度估计为10万千米量级；
3. 大气层，其密度从10³ kg/m³量级下降到10^-3 kg/m³量级，厚度估计为；100亿千米量级。

根据上述猜测，如果不考虑以太的运动，可以绘制出以太球体的密度ρ、温度T、附加质量N分布曲线，如图5-4所示。

图5-4.以太球体的密度ρ、温度T和附加质量N的分布曲线

从图中可以看出：大密度天体所引起的附加质量随着距离的增加而增大，当距离超过1000亿千米时，附加质量将超过中心黑洞的质量。

5.4. 波

5.4.1. 波的定义

波的本义是波浪，是水自身涌动而成波动的水面波，在物理上是指振动的传播，在这一点上，基本没有争议。波的物理定义是：某一物理量的扰动或振动在介质中逐点传递时形成的运动。波的数学定义为：一个函数满足任意时刻的形态都等于初始形态平移一段，那么它就表示一个波，波是一个动体以传递速度c进行的传递性位移行为。

5.4.2. 波的性质

波的形成必须有两个条件：一是振动源，二是传播介质。不同形式的波虽然在产生机制、传播方式和与物质的相互作用等方面存在着差别，但在传播时却表现出多方面的共性，可用相同的数学方法描述和处理。

根据介质的运动方式，波可以分为偏振波与纵波：质元振动方向与波的传播方向相平行的波称为纵波，质元的运动轨迹为椭圆的波称为偏振波，自然界中最常见的是偏振波，纵波只是偏振波的特殊形式（短轴为0）。在自然界中不存在横波，也就是说，质元振动方向不可能与波的传播方向相垂直，绳波不是自然界中的波。如果横波存在，它也是无法传播的，因为它无法向前传播能量。

波相遇不影响之后的各自传递，重叠区的动值为各波的矢量和，质点的运动也是矢量的叠加。

5.5. 电磁波与电磁场的区别

5.5.1. 物理概念的区别

电磁场是电场与磁场的统称，任何电场都是电荷产生的，没有电荷就没有电场，任何磁场都是运动电场产生的效应。

电磁波是什么？教科书的定义是：由方向相同且互相垂直的电场与磁场，在空间中衍生发射的振荡粒子波，是以波动的形式传播的电磁场。

在5.2节中，详细说明了为什么变化的电场不能产生磁场，变化的磁场也不能产生电场，因此，电磁波不是运动的电磁场。电场是电荷产生的，并随电荷移动，但如果电荷不存在，电场自己是不可能以波的形式移动的，更不可能在空中衍生发射振荡粒子波。

本文定义：电磁波是粒子振动产生的，并在以太介质中传播的波。电磁场与电磁波虽然只有一字之差，却是两个完全不同的物理概念。

波与场具有本质的区别。波是指振动的传播，某一物理量的扰动或振动在介质中逐点传递时形成的运动称为波；而场在物理学上指的是空间或空间的某种分布，是物体与生俱来的属性。波是物体振动产生的，其传播需要介质，它可以脱离物体而存在；而场是物体发生作用的范围，是一定范围内的物理作用，只能存在于物体的周围，不能脱离物体而存在。

5.5.2. 描述方法的区别

静电场的描述方法与引力场的描述方法相同，例如：电场强度可表示为，两个电荷间的作用力可表示为，同样，引力场的强度也可表示为，两个质点间的作用力可表示为。由于磁场是运动的电荷产生的，因此，没有静态的磁场。

在电磁学中，描述动态电磁场的方法是麦克斯韦方程组，但它需要一定的前提条件，例如，描述一根通电导线产生的电磁场时的前提条件是长度远大于半径等，更基本的描述是毕奥—萨伐定律、电场强度的定义式，点电荷场强的决定式。电磁学与流体力学的描述方法相似，例如：毕奥—萨伐定律也可以在流体力学中适用，斯托克斯定理在电磁学中和流体力学中通用。

电磁波是波，描述方法与声波相同，电磁波与声波几乎具有完全相同的性质，在描述它们的反射、折射、干涉、衍射、多普勒等现象时，都可以应用相同的方法，例如：不论是声波还是电磁波，都符合反射定理、折射定理等，尤其神奇的是，不论是声波还是电磁波，当入射波在波疏介质中前进，遇到波密介质的界面时，都将在反射过程中产生半波损失，但当入射波在波密介质中前进，遇到波疏介质的界面时，在反射过程中都没有半波损失。

在计算波的能量、辐射压、方向角（衍射极限角）等，也都可以应用几乎相同的方法，例如：不论是声波还是电磁波，所产生的辐射压，其数值都等于平均能量密度，更神奇的是：当波完全反射时的辐射压力是完全吸收时的两倍。电磁波可以实现相控阵（相位补偿基阵）发射和接收，超声波同样可以实现。

麦克斯韦方程组的适用范围是电磁场，它成立的条件是必须有电荷存在，对于电磁波，麦克斯韦方程组不成立。

5.5.3. 物理性质的区别

场是源激发的，没有源就没有场，不存在无源之场，场的所有性质都是源决定的。电场是由电荷产生的，虽然在表象上变化的磁场可以产生涡旋的电场，但本质上涡旋的电场仍然是由电荷运动产生的。在表象上，涡旋的电场也可以产生磁场，但实际上，没有电荷的运动就没有磁场。

波也是源激发的，不存在无源之波，但波可以脱离源而存在，波的性质是由源和介质共同决定的——源决定波的频率和幅度，介质决定波的速度和衰减，电磁波也不例外。

天线的辐射包括近场和远场，近场是电磁场（但含有电磁波，只是电磁场的强度比电磁波大很多），其中，电场是由天线上的电势产生的，与电流无关，磁场是由天线上的电流产生的，与电势无关；远场为电磁波（也含有电磁场，只是电磁波的强度比电磁场大很多），是由天线上的电子振动产生的，它是由以太介质传播的波，与声波类似。

电磁场与电磁波可以是同源的，也就是说，同一个波源即可以产生电磁场，也可以产生电磁波，但二者却具有完全不同的性质：

下面举两个例子说明电磁场与电磁波的区别：

1. 偶极子产生的电磁场与电磁波

偶极子天线上的电流是时变的，但它所激发的电场和磁场却与静态电磁场的特点完全相同。在天线周围所产的电磁场（近场）可表示为（以振子中心为原点）：，其中L是电偶极子天线的长度，它与静态的电偶极子所产生的电场在形式上完全相同，但偶极子天线周围的电磁波（远场）可表示为：，其中是波阻抗。

• 半波振子产生的电磁场与电磁波

在理想半波振子的两个天线中，由于每根天线的长度为λ/4，入射波与反射波在天线上叠加形成驻波，如图5-5中的B和C所示，尽管半波振子上的电流是时变的，但它所激发的电场和磁场却与静态电磁场的特点相同。

图5-5.半波振子天线的结构（A）、电流（B）和电压（C）

天线产生的电场与磁场始终保持90度的相位差，其坡印亭矢量的平均值恒为零，也就是说，没有能量向外部输送（在任何的教科书中都有这样的描述）。

   电场是由电荷产生的，因此，它只与电势有关，与变化的磁场无关，天线周围磁场是由运动的电子产生的，只与电流有关，与变化的电场无关。径向电场E_r和纬向电场E_θ、经向磁场H_φ的形状或范围如图5-6所示。

图5-6.天线所产生的电磁场和电磁波的范围

电磁波的产生与电磁场完全不同，电磁波是由电子振动产生的。半波振子天线所辐射的电磁波依靠的是天线上的驻波，辐射的主要方向与天线相垂直。半波振子天线周围的电磁波可表示为：，，其中，称为方向函数，E代表以太的压强变化量，H代表以太的体积元速度。E与H的相位完全一样，表达式也高度相似，E/H = 120π是一个常数，与声波的特征基本相同。

5.5.4. 物理意义的区别

在物理学中，任何的物理量都代表一定的物理意义，E和H在电磁场中代表的是电场强度和磁场强度，称为真空磁导率，代表磁感应强度B与磁场强度H间的转换常数，它是一个定义值，它的物理意义是单位的转换，称为真空介电常数，是一个度量系统常数，代表电位移矢量D与电场强度E间的转换常数：，其物理意义与真空磁导率相同。它的定义式为：，其中，c是光波传播于真空的光速，在电磁波中，E代表以太介质压强的变化量，与声波中p的物理意义相同，H代表以太体积元的运动速度，与声波中u的物理意义相同，代表以太的密度，代表以太的体积压缩系数。

5.6. 电磁波的产生与传播

电磁场的产生过程很简单：只要有净电荷的地方，就会有电场，只要有电荷的运动就有磁场。但电磁波不同，它是由粒子的变加速运动产生的。要想说清楚电磁波的产生过程，必须从导体中的电子为什么会定向移动开始。

5.6.1. 导体中的电子与水管中的水分子比较

传统认为：自由电子定向移动的原因是导体中存在电场。在电路被接通的时候，电场会以接近光的速度将场源变化的信息传送出去，使电路中的每一个导线快速地建立起电场，这个电场可以使自由电子做定向运动，电流的形成就是电场拉动电子而产生的。但是，电场是如何沿着导线建立的？在理想的导体（例如电阻为0的超导）中，电势差并不存在，导体中的电场在哪里？为了说明这个问题，以水管中的水分子与电子作比较（水分子在水管内与电子在导体内类似，都是自由的）。

A. 水压在水管中的传递过程

图5-7.水压在水管中的传递过程

在图5-7中，T₁和T₂表示水闸，假设水的密度ρ= 1000 kg/m³，体积弹性模量K= 1.96×10⁹ Pa，水塔高度h= 10米，水管的体积弹性模量忽略，内径r= 0.1米，当T₁、T₂都关闭时，水平管中的压强为0。

如果打开T₁，水平管中的水压将从左到右，以速度= 1400 m/s的速度传播。如果L=100米，取重力加速度g= 10 m/s²，水平管中水的压强（）从0全部变为100000 Pa的时间为0.0714 s。这时，水平管中的水的密度变为1000(1+100000/1.96×10⁹) = 1000.05 kg/m³，水塔向水平管中补充的水量为0.157 kg，也就是说，水管中的水分子向右的最大位移量为0.005 m。

如果T₁打开的时间为1ms，理想情况下，将有厚度为1.4 m，压强为100000 Pa的水柱，在水平管中以1400 m/s的速度从左向右移动。当水柱达到T₂时，由于T₂处于关闭状态，这个水柱又会以1400 m/s的速度向T₁运动（在实际的水管中，由于阻力的存在，这个水柱将逐渐消失），这种压力的传播称为水击波。当水击波移动时，水分子并不移动（或移动很小），只是在平衡位置振动，当T₁、T₂都打开时，水分子才流动。

B. 电压在导线中的传播过程

图5-8.电流在导线中的传播过程

在图5-8中，K₁、K₂代表开关，E代表电源（取电池的正极为零电位），电源的作用就是把电子从正极运送到负极，并保持负极的电子密度不变。电池的电压代表着正负极之间的电子密度差：U= A（ρ_负-ρ_正），其中，A是常数。电源的电压越大，代表负极的电势越低，也就是电子的密度越大。

当K₁、K₂都断开时，导线上的正负电荷平衡，电子所受的力各向同性。如果K₁闭合，由于电源负极的电子密度大，电子之间的斥力也大，电子必然从密度高的地方向密度低的地方运动。电子密度的传播与水击波（水击波既是压力的传播，也是密度的传播）的传播原理相同。与水击波一样，电子密度的传播过程中，电子本身移动的距离也很小。可以看出：电子密度的传播过程也是电压的传播过程。

如果K₁闭合的时间为1ns，理想情况下，将有厚度为0.3 m，密度与电源负极相同的电子柱，在导线中以约3×10⁸ m/s的速度从A向B移动。当电子柱达到K₂时，由于K₂处于断开状态，这个电子柱又会以同样的速度从B向A运动（在实际的导线中，由于阻力的存在，这个电子柱也将逐渐消失），这种电子密度的传播本文称为电击波。

可以看出：水击波的传播与电击波具有相同的性质。

C. 电子在导体中的密度分布

图5-9.高速公路上的车辆密度分布

假设三车道的高速公路上有一处事故，其中的两个车道封闭，只有一个车道通行，公路上的车辆分布将会如图5-9所示。

当图5-4中的K₁、K₂都闭合后，电子就在电路中流动，其密度分布与公路上汽车的密度分布相似，出现事故的路段相当于电阻，没有事故的路段相当于导体，事故前面的路段汽车拥堵，速度慢，相当于连接负极的导线，而事故后面的路段相当于连接正极的导线。在电路中的任何截面，每秒通过的电子数是相等的，而公路上也是一样，在任何截面，每秒通过的汽车数也是相等的，电路中电子密度的分布如图5-10所示。

图5-10.电路中电子密度的分布

D. 小结

导线中的正电荷可以看作是静止的，带负电荷的电子可以看作是流体，导线中电子的运动与管道中水分子的运动方式相似，管道中的阻力相当于导线中的电阻，管道中水的压强相当于导线中电势，水分子的运动速度相当于电子的运动速度，管道中的水击波（压力波）相当于导线中的电击波（也就是电子密度波，是电势的传播），水分子的运动是压力推动的，而电子的运动是密度推动的（电子密度大时，静电力也大）。可以说，导体中电流的形成是由于电子的密度在电路中分布不均引起的电子流动，电子密度的传播速度与光速具有相同的量级，其传播原理与水击波相同。在相同的条件下，电子的密度差越大，电子的移动速度越快。

5.6.2. 行波天线所激发的电磁波

图5-11.行波天线系统的组成

如图5-11所示的裸露铜芯，就是一个行波天线（电源、电缆和负载的阻抗相匹配），为了便于说明，设行波天线的长度为一个波长，以天线的中心为原点，建立直角坐标，则天线上的电势可表示为：，电流可表示为：。

由于天线上是行波，电势与电流同相，天线上的u和i的波形如图5-12所示：

图5-12.  t = 0时，行波天线上的电势和电流

如图5-13所示，如果P是空间的任意一点，与原点的距离为r，OP与其x轴的夹角为θ，根据毕-萨定理可得：。

可以看出：天线所产生的磁场只与电流有关，与电势无关。而天线所产生的电场就是电势的梯度：，它只与电势有关，而与电流无关，也就是说，电场的强度只与天线上净电荷的密度有关，而与电荷运动的速度无关。

图5-13 天线上的电流元产生的磁场

电场强度E与磁感应强度B垂直且同相，其玻印廷矢量不为零，但并没有能量的传送。电场的变化与磁场无关（只与电势有关），磁场的变化与电场无关（只与电流有关）。当t = 0时，与天线垂直距离相等的点，其电场与磁场的大小，如图5-14所示。

图5-14. t = 0时，与天线距离相等点的电场和磁场的大小

行波天线产生电场和磁场的同时，也产生电磁波，但与产生电磁场的方式完全不同，电磁波是由电子的变加速运动产生的。由于导体内部不能稳定存在净电荷，因此，净电荷的增加和减少主要表现在表面。高电势表示导体表面的电子减少（负电荷比正电荷少），表面电子向内运动，低电势代表导体表面的电子增加，内部电子向外运动。电流的大小代表电子在x方向上的运动速度，而电流的正负代表电子运动的方向，如图5-15所示，其中，红点代表正电荷，蓝点代表电子。

图5-15. 行波天线表面的电子密度和运动方向

电磁波的本质是以太的压强波，与空气中的声波具有相似的性质，但行波天线上的振动点是移动的，也就是说，不同的时间点，辐射电磁波的位置不同，但传播方向不变。需要指出的是：以太介质的运动方式与水面波的运动方式类似，质点是椭圆运动而不是直线运动。行波天线所产生的辐射波，与水击波对水管冲击时，水管壁所产生的振动波具有相似性。

5.6.3. 驻波天线所激发的电磁波

 在半波振子天线上，入射波和反射波相叠加，天线上的最大电流和电势为传输线上的2倍，如图5-16所示（图中的电容为传输线的分布电容）。

图5-16. 匹配状态下的电流分布

天线上电流与电势的相位相差90度，取天线的中心为坐标原点，电势可表示为：，电流可表示为：，如图5-17所示。

图5-17. t = 0时，天线上电势与电流的大小

在与天线等垂直距离的空间点上，电场强度与磁感应强度的大小，与天线上的电势与电流的大小相对应，如图5-18所示。

图5-18. t = 0时，与天线垂直距离相等点的电场与磁场的大小

但电磁波则不同，它的大小和方向与电子密度及振动方向有关，如图5-19所示。

图5-19. 驻波天线上电子的密度和运动方向

5.6.4. 行波天线与驻波天线的比较

A. 电磁场的比较

行波天线的附近（忽略边际效应）电磁场各点同性，距离天线相同的点，其电场和磁场都随时间作周期性的变化，其周期与天线上的电流相同，磁场与电场同相，且相互垂直。

在驻波天线的周围，天线中部的磁场最大，而两端的电场最强，也随时间作周期性的变化，其周期也与天线上的电流相同，在同一点，磁场与电场相差90度且相互垂直。

B. 电磁波的比较

行波天线的辐射是各点同性，每个点辐射的大小和方向相同，但时间不同，辐射的最大点是天线电势的最低点，辐射的主要方向与天线并不垂直，而是与天线具有52.5度的夹角，如图5-20（a）所示。

驻波天线上的辐射主要在两端，中间不产生辐射，因为电子的轴向速度虽然很大，但加速度为0，电子不产生振动，而在两端，电子的径向加速度最大，所以是径向辐射，如图5-20（b）所示。

图5-20.行波天线与驻波天线的辐射方向比较

5.6.5. 只产生电磁场的天线

电磁波产生的必要条件是变加速运动，也就是说，电子运动的加速度不能是常数（激波除外），如图5-21所示，由磁棒和激励线圈组成的天线系统，天线的周围即存在涡旋的电场，也存在变化的磁场，而且符合麦克斯韦方程。但不管电流和电压如何变化，都不存在电磁波（如果有，也是从导线中辐射出来的），因为在磁棒中的电子是束缚电子，不存在变加速运动。这种天线虽然不能发射电磁波，但却可以接收电磁波。

图5-21.只产生电磁场的天线

5.6.6. 电磁波的传播过程

电磁场不存在传播过程，或者说场的传播速度是无穷大，因为电场是带电粒子的固有属性，磁场是电场的运动效应。

在我们的教科书中，描述电磁波的传播过程主要有三种方法，分别如图5-22中a、b、c所示。在实际的电磁波中，真实的传播过程只能是一种，哪一种是正确的？或都不正确？

第一种传播方式符合麦克斯韦方程，电场和磁场都是涡旋的，它们在真空中互激，但如何保证E和H的相位相同呢？又是如何保证电场的矢量与天线平行呢？第二种描述满足电场的矢量方向与天线平行，但电场与磁场如何互激呢？第三种综合了前两种的特点，但如何保证电场与磁场的线性关系？

图5-22.电磁波的传播过程的三种描述

电磁波是如何在真空中传播呢？如果真空中存在以太，答案就很明显，以太介质中的质点的运动方式与水面波中水分子相似，电磁波并不是横波而且偏振波。下面以半波天线为例说明，如图5-23所示。

图5-23. 电磁波的传播过程

在图中，黑色圆点代表原子核，红色圆点代表电子，蓝色代表以太粒子的运动轨迹，绿色代表波的强度。在天线上，电子密度大的部分，电子运动的方向不但与电流的方向相反，而且还向外运动（因为导体内部不能长期存在净电荷，只能跑到导体的表面，但又无法脱离导体，与气球在水中的运动类似），天线上的电子密度小的部分，电子运动的方向除与电流的方向相反外，表面的电子还向内运动。

电子在导体内的运动会导致周围以太的运动（因为以太无所不在），电子向外运动时，以太粒子也会向外运动，电子向内运动时，以太粒子也会向内运动。与声波一样，电磁波就是以太粒子在其平衡位置附近做周期性的运动，逐渐向外传播。

电磁波的产生和传播过程与空气中的声音相似，本文中，描述电磁波和声波也是应用同样的方法，E代表以太的压强变化量，H代表以太质点的速度（我们在电磁波中也从来没有测量到磁场强度），因此，声音的波阻抗与电磁波的波阻抗具有相同的物理意义。但有一点不同：产生声音时，物体一般只有纵向运动，没有横向运动，因此，声音是纵波，而在电磁波的产生过程中，电子的运动不只纵向运动，同时还存在横向运动，因此，电磁波在其波动过程，介质质点运动的轨迹为椭圆形，所以它属于偏振波。

在基于以太的电磁波模型（https://www.zhihu.com/zvideo/ 1314654672141819904）中，作者对电磁波在以太中的传播过程做了详细的动画演示，本文从动画演示中截取了三个画面如图5-24所示，其中，a是水波中介质的运动过程，b和c是以太中的介质运动过程。

a.水波中介质的运动

b.以太中介质的运动

c.光子的模拟

图5-24.电磁波在以太中的传播过程

电磁波在其他物体内传播时，其传播介质依然是以太，但物体中的原子会影响传播的速度和幅度的衰减。

5.6.7. 麦克斯韦方程与电磁波的关系

学界普遍认为：电磁场的性质、特征及其运动变化规律是由麦克斯韦方程组确定的，电磁波是电磁场的一种运动形态。本文认为：前段话是正确的，而后半句就值得商榷了。任何电场和磁场都可以用麦克斯韦方程组描述，但电磁波则与麦克斯韦方程组无关，也就是说，电磁波的各种变量，都不满足麦克斯韦方程组，但为什么从麦克斯韦方程组能够推导出波动方程呢？

如图5-18（a）所示是一个偶极子天线所发射的电磁波，按照教科书中的描述，E₁是由天线直接产生的，B₁是由E₁产生的，E₂是由B₁产生的，依次类推。

先看看教科书中的推导过程：

根据麦克斯韦方程

（1），

（2），

（3），对第一个等式取旋度并将第二式代入得：，因为，根据第三式可得：，

同理可得：

假设教科书中的描述是正确的，也就是说，B₁是由E₁产生的：，而E₂是由B₁产生的：，如果E₁= E₂，B₁= B₂，上面的推导过程成立，但在实际的电磁波中，E₁和E₂是不可能相等的。因此，用麦克斯韦方程组推导出的波动方程，没有普遍性，只在理想的平面波中成立，但是真正的平面波并不存在。

但是，它在理想的平面波中成立也只是表象，因为在实际的电磁波中，E与B是线性关系，无法找到任何关于E或B的数学表达式，能够同时满足波动方程和麦克斯韦方程组。总之，用麦克斯韦方程组推导出的波动方程，只是数学上的游戏，没有物理上的意义，因为涡旋的电场不可能产生磁场，涡旋的磁场也不可能产生电场，在没有电荷真空中，涡旋的电场和磁场都不存在。

5.7. 引力波

5.7.1. 引力波是什么？

1916年，爱因斯坦基于广义相对论预言了引力波的存在，它是广义相对论洛伦兹不变性的结果。相对论认为：物质间相互作用的传播速度是有限的，引力波是时空弯曲中的涟漪，是通过波的形式从辐射源向外传播，这种波以引力辐射的形式传输能量，是物质和能量的剧烈运动和变化所产生的一种物质波。引力波不能够存在于牛顿的经典引力理论当中，因为牛顿的经典理论假设物质相互作用的传播速度是无限的。

本文认为：引力波是在以太中传播的波，本质上是低频电磁波，是经典理论中的机械波，与引力无关，与引力的传播速度无关。

5.7.2. 时空能够弯曲吗？

时空弯曲是爱因斯坦提出的很重要的一个观点，将引力当成“时空弯曲的几何效应”，得到了科学界的尊崇，但却在民间广受诟病，尤其是时空弯曲理论，许多人觉得是荒唐透顶。时空弯曲是相对论的基础，如果时空弯曲理论不成立，广义相对论也就不存在。

科学界认为：时空弯曲已经有无数实验和观测数据支撑，引力透镜、黑洞里光都无法逃逸等，这些都是最有力的证据。基于爱因斯坦广义相对论的预言一个个都被观测和发现所证实，如：黑洞、引力透镜、天体运行规律、恒星星系等的演化规律、宇宙微波背景辐射等等，这些都是在爱因斯坦相对论理论预言之后发现的，这些宇宙存在都精确符合爱因斯坦广义相对论场论的计算。

本文认为：大质量的天体无法产生时空弯曲，其原因如下：

1. 时间与引力无关

天文学家们首先定义了以地球自转为基础的“太阳时”，一秒就定义为一个“平太阳日”的1/86400。1955年国际天文学联合会（IAU）将回归年长度的1/31556925.975作为1秒的定义。在1967年的第13届国际度量衡大会（CGPM）决定正式采用铯原子跃迁的9192631770次作为新的秒的定义——原子秒，这是美国海军天文台（USNO）以及英国NPL的科学家将铯原子跃迁与观测月球运动相比较得到的。这个定义一直沿用至今，但同时也规定了附加条件：铯-133原子必须是位于海平面，并且是零磁场。

在秒的定义中，并没有指出适用范围，默认的范围至少是地球上，也就是说，在整个地球上，秒的定义是通用的，可以说，在相对地球静止的任何位置，1秒的长度都是确定的。随着地球自转速度的变慢和人类对计时准确度的要求，秒的定义一定还会不断地修改。

计时工具不能与时间混为一谈，从古至今，都是按照地球自转一周确定为一天，所有的计时工具只是把这一天进行均分的方式不同。日晷、漏刻、燃香、单摆、晶振、原子等都是计时工具，时间和工具是不能等同的。

原子钟与其它的计时工具相比，并没有特别之处，只是比其他计时工具对一天的分割更细、更精确，但也只是计时工具而已。人类的终极计时工具将会是精度很高且不受引力影响的时钟（其他的干扰可以屏蔽，而引力是不能屏蔽的）。

根据时间的定义，时间是不会膨胀的，但如果采用原子钟计时，珠穆朗玛峰顶部（高度为8848米）的一个原子钟，比海平面处完全相同的原子钟平均每天快三千万分之一秒（这是媒体报道的数字），主流的解释是引力效应，也就是广义相对论中的时间膨胀。如果这个解释是正确的，从地球形成（假设40亿年前）到现在，峰上和峰下的时间相差为13.5小时，这显然是不可能的，峰上的一天与峰下的一天是完全相等的。

为什么峰上的时钟比峰下的快呢？这显然是计时工具的问题，铯-133原子在不同的引力环境下，所辐射的频率并不是确定的，如果铯-133原子在海平面的辐射频率为9192631770 Hz，可以算出：铯-133原子在峰上的频率为：9192631770.0088 Hz。这也是为什么秒的定义中要求铯-133原子必须是位于海平面的原因，其定义中隐含的内容是：铯-133原子的辐射频率在不同的海拔高度是不同的。如果铯-133原子的辐射频率是绝对不变的，为什么还规定必须是位于海平面而且必须是零磁场？如果能够找到一种与引力无关的计时方法，引力所引起的时间变化就不会存在了。

如果用单摆原理制造的时钟计时，峰上的钟要比峰下的慢，没有人会说时间压缩了，因为大家都知道单摆的周期为，当单摆的臂长L确定后，钟的周期T只与重力加速度g有关，如果峰下的周期为1秒，可以计算出峰上的周期为1.00139秒，每天峰上的钟要比峰下的钟慢120秒。原子钟与单摆钟都是计时工具，为什么单摆钟的慢是引力效应，而原子钟的快是相对论效应呢？这是因为人们假设铯-133原子的辐射频率是绝对不变的。
2010年，华裔科学家周钦文率领的研究团队把摆放整台铝原子钟的桌子用液压千斤顶平稳升高33厘米，结果发现，升高后的铝原子钟快于未升高桌面上另一台铝原子钟，79天（媒体报道是79年）内两者差异为900亿分之一秒。这一结果也说明了引力对原子振动频率存在影响，距离重力源越远，时钟运转越快，与相对论无关。
在另一项实验中，研究团队对铝原子钟内的铝原子施加不断变化的电磁场，使铝原子快速往复运动，结果显示运动中的铝原子钟所显示的时间慢于静止铝原子钟，这一结果也说明了电磁场对原子的振动频率同样存在影响。
至今，我们并没有完全弄清原子发光的原理，主流认为：原子的外层电子由高能级向低能级跃迁时能够发射光子，每个电子的能级都是固定的，但是，电子的能级是如何形成的？是由什么决定的？引力对它是否有影响？没有人回答。举一个例子，有两幢相距20米的大楼，当温度为00 C时，用两把尺子（一把为橡胶，另一把为不锈钢）测量的结果都是20米，当温度为300 C时，橡胶尺测量的结果是21米，而不锈钢测量的是19.99米。我们能说两幢楼的空间收缩了吗？更不能说不锈钢尺的精度高，就以它为准。实际上，两幢楼的间距并不随温度的变化而变化，但测量的工具却与温度有关，橡胶尺具有负温度系数，而不锈钢具有正温度系数。

本文认为：时间和引力无关，时间对于任何人而言都是一致的，你的一秒和我的一秒是一样的，不会因为引力的大小而发生改变。

B.引力红移并不存在

引力红移的定义为：在引力场中物体发射的电磁波波长变长的现象，当从远离引力场的地方观测时，处在引力场中的辐射源发射出来的谱线，其波长会变长一些。引力红移现象首先在引力场很强的白矮星上检测出来。二十世纪六十年代，庞德、雷布卡和斯奈德采用穆斯堡尔效应的实验方法，测量了由地面上高度相差 22.6 米的两点之间引力势的微小差别所造成的谱线频率的移动，定量地验证了引力红移，从此，学界广泛承认了引力红移的存在。

为什么说引力红移并不存在？从引力红移的定义可以看出：引力红移指的是一个过程，是光在传播过程中的波长变长的现象，其原理是光子在引力的作用下的能量变小。但是，到目前为止，我们并不知道光子是什么，科技发展到今天，没有人捕捉到一个光子，光子是否存在值得怀疑。

原子钟在引力场中会变慢（也就是原子的辐射频率随着引力场强度的增加而减少），这是一个不争的事实，没有人会怀疑。但关键是如何解释它，主流的解释是：引力场中的时间变慢，但这种解释的前提条件是：原子所辐射的频率必须是绝对不变的，但谁能保证引力对原子的辐射频率没有影响？如果最后证明原子所辐射的频率在引力场中变小，那么，原子钟与单摆钟一样，只是一种计时工具，与时间无关。

引力红移也是假设原子所辐射的频率是绝对不变基础上的，如果原子所辐射的频率是与引力相关的，哪里还存在引力红移！例如：在地球的引力环境下，氢原子的Ha线的波长为656.2800 nm，假设在地球上测得的太阳表面的Ha线的波长为656.2814nm（由于太阳的引力远大于地球，这里忽略了地球引力的影响），我们就认为太阳的引力红移为2.12×10-6。但是，如果在太阳的引力下，太阳表面的Ha线的波长本来就是656.2814 nm，还存引力红移吗？

再看庞德和里布卡利用穆斯堡尔效应的实验，首先假设原子的共振发射线和吸收线的波长在不同的引力作用下是绝对不变的，只有在这样的假设下，才能对实验进行解释：由于地球上不同高度的引力势能不同，会引起光子离开地球的过程中，在不同高度的频率不同，相差20米带来的频率测量变化为2×10-15。但是，如果原子的共振发射线和吸收线在引力的作用下会发生变化呢？结论是引力红移将不存在。
如果引力红移存在，太阳上各种谱线的引力红移应该相同，但根据多年的观测，证明不同谱线的引力红移量并不相同（除去多普勒红移量），而且相差很大，从而也证明了引力对不同原子辐射频率的影响并不相同，也间接证明了引力红移并不存在。

2022年2月17日，在Nature的封面有一篇文章：《只低一毫米，时间也会变慢！叶军团队首次在毫米尺度验证广义相对论》，文中写道：在一毫米高度差上，时间相差大约一千亿亿分之一。这个时间差是怎样得出来的呢？是通过同一个原子团中两个仅相差一毫米的区域所发出的电磁波在地球引力场中的红移量来间接测量的，实际上是测量锶原子在不同高度上所辐射的频率差！这个实验实际上是证明了原子在不同的引力下的振动频率是可变的，是对相对论的否定，但却成为了证明相对论正确的证据，这已经超出了本人的理解能力。

C.光线的引力弯曲现象

主流认为：光虽然没有静止质量，但是却有动质量，所以经过大质量天体时，也会因为是时空弯曲从而造成光在空间中走曲线，当然根据牛顿万有引力定律也能计算出这个路线到底弯曲多少，于是人们做实验检测经过太阳附近的光。首先通过广义相对论计算出来是：1.75弧秒，然后根据牛顿万有引力计算出来是0.875弧秒，到底谁是对的？最后人们做实验发现计算结果是1.75弧秒，实验数据支持了广义相对论。
物体能否凭引力弯折远处的光线？牛顿就曾提出过这个疑问，1911年爱因斯坦基于等价原理计算出了和索尔德纳同样的结果，1915年他认识到从前的计算结果只得到了偏转角的一半，于是又作了修正，其值为。
当星光经过太阳表面时，光线会有一定的偏折是不争的事实，但是什么引起的偏折却存在着争议，在连光是什么都没有弄清楚的今天，就判定光的弯曲与引力场有关还为时过早。要想确定是引力引起的偏折，必须排除太阳大气和以太密度变化的影响。

本文认为：光是以太中的波，引力不会对波的传播产生影响，但会对传播它的介质产生影响，由于不知道以太密度与折射率之间的关系，因此无法计算出偏折角度的大小。光线经过太阳表面时的偏折角并不足以证明相对论的正确性，因为误差太大。从1919年的首次测量到20世纪70年代，天文学家们进行了多次日食测量，所给出的数值在爱因斯坦预测的0.75到1.50倍之间。观测表明，从火星发射的电磁波掠过太阳表面时，会被太阳大气偏折达到25角秒，远高于相对论所计算的光线偏折。

总之，波的传播是直线传播，但波在不同的介质中传播时会发生折射，在相同的介质中，由于密度的不同，波也会折射。声波在空气中的折射与引力无关，但与空气的温度和密度有关，相信光波也同样具有这种性质，引力透镜现象也应该是光波在传播过程中的折射现象。

D.水星进动现象

1859年﹐法国天文学家勒威耶发现水星近日点进动的观测值﹐根据牛顿定律算得的理论值每世纪快38″﹐后来，纽康测定这个值为每世纪43″。每世纪进动5600″，但其中5025″来自地球春分点的进动，而剩下的532″是来自于其他行星的影响。1915 年11月，爱因斯坦介绍了自己的成果：计算得到了一个惊人的数字，即空间额外曲率的贡献预测水星每世纪额外进动 43″，此值与牛顿万有引力定律所得的差值为每世纪43.03秒。这与观测值十分接近，成为天文学对广义相对论的最有力的验证之一。

但是，水星每世纪额外进动的43″并不能成为广义相对论的证据，其原因如下：

1.水星近日点进动的观测值是每世纪5600″，其中5025″来自地球春分点引起的进动（这一点没有争议），532″是来自于其他行星的影响，但这个值并不是观测值，而是计算值，是由勒威耶和纽采用均匀同心圆环模型，将金星等七大行星的轨道都看成以太阳为圆心的同心圆，并将金星等七大行星的质量粉碎，均匀分布在各自的圆形轨道上，按照这一模型，算出了七大行星对水星的摄动为每水星周期1.28角秒，乘以415周，得到100年的摄动为532角秒。实际上，各行星的运动差别很大，对水星的影响也不尽相同，用这种计算方法所得到的532″不足为凭，而且有很大的误差，相对论所计算出的43″也就没有任何意义。

2.即使上述计算方法是正确的，他们也将摄动量的正负号弄反了，因为外轨道的星体对内轨道的星体的摄动，只能使内轨道星体的进动为负值。中国科学院地质与地球物理研究所的汤克云研究员在《金星对水星的摄动肯定为负》中说明了原因，并计算出金星等七大行星所引起的水星轨道进动约为每百年负600角秒，如果这个计算是正确的，那么，其他原因引起的进动为 1175角秒。

3.没有考虑以太的阻力。由于水星的轨道偏心率很大，以太对于水星的运动存在一定的阻力，在以太的阻碍下，水星的轨道会出现一定的衰减。水星有进动说明了它的角动量不守恒，以太的阻力很可能就是水星轨道角动量不守恒的原因。如果汤克云研究员的结论是正确的，这个1175角秒很可能就是以太阻力对水星进动的贡献。

4.影响水星近日点进动的还有因素很多，任何一个微小的因素，例如太阳的扁率，对它都有直接影响，岁差常数的任何微小变动，都会直接影响到对广义相对论的验证，而这种变化是完全可能的。

E.时空弯曲无法理解

时间与空间是两个完全不同的概念，是无法相容的。时空弯曲在相对论中相当于圣经中的上帝，明知不存在，却受到信徒们的顶礼膜拜。时间和空间并不具有同类的物理意义，时间反映的是过程，而空间反映的是状态。把状态与过程放在一起就好像把风马牛放在一起一样，是很难想象出得到的到底是个什么东西，在自然世界里根本就不存在时间加空间形成的那种“四维时空”。重球压在弹性垫子上形成的“弯曲形状”是一个倒置的喇叭口状，如果地球周围的时空也是这样弯曲的话，那么喇叭口的方向应该朝向哪里呢？因为时间与空间本来就不可能是一个整体，而且自然界里也根本就不存在“时空”这个东西。不仅如此，时间和空间本身并没有任何物理功能，时间和空间并不会改变物体的运动状态，也不会参与和影响任何物理过程，而爱因斯坦的弯曲时空却可以让在这个“时空”中的物体按照它的几何形状运动。显而易见，爱因斯坦的“弯曲时空”是一个把“时间”和“空间”概念滥用在一起而人为制造出来的纯抽象概念。如果从时间和空间本来的基本概念上去理解时空弯曲的话，是永远也无法理解的。因为空间本身只不过就是一个场所。时间就是一个衡量变化过程快慢的指标，时空怎么可能弯曲（上述部分内容摘自马海飞的博客）？

综合上述分析，可以得出结论：相对论中所描述的时空弯曲并不存在，证明时空弯曲的证据并不可靠。本文认为：如果时空弯曲描述的是以太在引力场中的密度变化（当然，弯曲形状不是爱因斯坦所描述的那种喇叭口形的弯曲，而是球面形的弯曲），很多的现象就可以得到比较客观的解释，这可能也是1920年后的爱因斯坦对以太念念不忘的原因。

5.7.3. 引力波的产生

爱因斯坦在建立广义相对论的时候，当时对标的就是电磁理论，也是基于场的概念建立的引力理论，电磁理论中有电磁场，在引力理论中就有引力场，电子在加速运动的时候会产生电磁波，爱因斯坦也认为物质在空间中加速运动的时候也会产生一种波，叫引力波。

本文认为：引力波与电磁波都是在以太中传播的波，二者具有基本相同的性质，其传播速度都是光速，其产生机理也基本相同，都是物体（或粒子）在以太中的变加速运动产生的，与引力无关，与物体（或粒子）是否带电无关，任何物体（或粒子）只要在以太中变加速运动都可以产生电磁波（或引力波），二者的唯一区别就是频率的不同，引力波属于低频，电磁波属于高频。

引力波产生的必要条件是：物体的变加速运动。当两个致密星体近距离彼此绕旋时，如果这两个星体绕质心作圆周运动，该体系不会产生引力波，但如果绕质心作椭圆运动，该体系可以产生引力波，而且在近心点时所产生的引力波强度最大，偏心率越大，引力波的强度越大。该体系的轨道衰减是以太的阻力引起的，轨道的偏心率越大，以太所产生的阻力也越大，在以太的阻碍下，轨道半径和周期也会越来越短，直至碰撞，但轨道的衰减与引力辐射无关（引力不会产生辐射，它是物体固有的属性，但只要是有质量的系统加速度非零，它的运动就会向外辐射引力波）。两个致密星体近距离彼此绕旋时所产生的引力波是线偏振波，其偏振方向与这两个致密星的轨道平面平行。

主流认为，引力波是空间自身产生的涟漪，引力波是由大质量天体本身的质量，使其所处的时空产生弯曲现象之后，然后在时空中产生空间位移时，产生像水波一样的波纹向四周传播，如图5-25所示。
本文认为，上述描述的方法至少存在三个不妥之处：

第一，空间不是物质，也不具有物质的特性，没有任何实验能够证明空间可以波动，时空中的涟漪也只是一种猜想；

第二，引力波是介质波，水面波与介质波不同，虽然它们都是振动产生的波，但传播的性质不同，介质波的传播依靠的介质的体积弹性模量与介质的密度，而水面波依靠的是表面的张力（或重力）；

引力波的产生依靠的是物体的急动度（加速度对时间的导数），如果物体的急动度为0，引力波是无法产生的。

图5-25. 主流认为的引力波产生过程

那么，引力波的产生过程应该如何描述呢？实际上，引力波的的产生过程与电磁波是一样的，关键是物体的急动度。例如，轫致辐射过程中电子的双曲线运动、原子处于激发状态下电子的椭圆运动、自由电子激光器中电子的正弦运动等。下面就以物体的椭圆运动描述引力波的产生过程。

假设有两个质量差别较大的星体，质量小的星体会绕质量大的星体做椭圆运动，由于质量大的星体急动度较小，它所产生的引力波也小，在这个系统中，引力波主要是由质量小的星体产生的，而且在近核点时产生的引力波强度最大，辐射的方向与星体速度方向相同，而且偏振方向与轨道平面平行，如图5-11所示。

图5-11. 引力波产生的过程

如果两个星体的质量相差不大，运动的轨道就比较复杂，每个星体所产生的引力波强度也不相同，但频率相同，每个星体辐射引力波的规律相同：引力波的强度与星体的急动度成正比，近心点时辐射强度最大，偏振方向与轨道平面平行。

引力波的强度还与星体本身的密度有关，虽然物体的引力可带动以太的运动，但普通物质内部存在99%的空间，并不能有效推动以太的密度分布，只有高密度星体的加速运动才能够有效在以太中产生引力波。

引力波产生与电磁波和声波都具有相同的原理，都是物体变加速运动时，使介质的密度产发生周期性的变化而产生的。

5.7.4. 引力波的传播

引力波的传播与声波的传播具有相同的原理，都是介质中的机械波，但引力波一般是偏振的。

引力波的传播速度是光速已经得到了证明，没有人质疑，从这一点上说，引力波就是电磁波，因为任何介质的传播速度都是一个常数，引力波的速度与电磁波的速度相等不是偶然的。如果引力波与电磁波不是同一介质中的波，其传播速度是不可能相等的，在空无一物的空间中，任何波都无法传播，空间不是物质，也不是介质，它没有传播波的能力。

引力波的衰减小、绕射能力强是因为它的频率低，符合电磁波的传播特征。

引力波与引力无关，但在引力场中传播时与电磁波一样，也会发生弯曲，但引力波由于频率低，方向性不强。

5.7.5. 引力波的探测

引力波探测原理与超声波测量风速的原理相同，都是利用萨格纳克效应（介质运动，波源与观察者相对静止）。在探测引力波时，利用的是迈克尔逊干涉仪，其原理为：当引力波到来时，在平行于引力波方向上的一路光波，在引力波的影响下，以太介质在引力波的传播方向上会产生运动，从而影响激光的传播速度，当距离不变时，激光传播所需要的时间也会延长，进而与另一路不同而导致两路光信号的相位产生一定的差异。

如图5-26所示，假设引力波的频率为300 Hz，其波动方程可表示为，以太质点的速度可表示为。当介质以速度v运动时，由于传播速度与介质速度的叠加，光传播一个来回所需要的时间为，与没有介质运动时相比，其时间差为。

图5-26. 引力波的接收

图5-27. 引力波对两路激光信号的影响

如图5-27所示，是引力波对两路激光信号的影响，其中，两路激光信号相位差的变化频率是引力波信号频率的两倍，换句话说，我们探测到的引力波的频率，是真实引力波频率的两倍，其原因是：激光在介质内传播一个来回，当介质的运动方向与激光的方向一致时，单程所用的时间为，但激光返回时所用的时间为，总时间为，也就是说，只要介质运动，光传播一个来回所需要的时间就会增加。

引力波探测器探测的是两个高密度的星体碰撞前的信号，与碰撞后无关。引力波与星体碰撞后损失的质量无关。

5.7.6. 引力波与引力场无关

引力波与引力场的关系，和电磁场与电磁波的关系是一样的。

电磁场虽然是电场与磁场的统称，但电场与磁场并不是对等的关系，电场才是真正的场，符合场的所有特征，而磁场虽然也称为场，但它不符合场的定义，并不是真正的场，它只是电场的运动效应。磁场没有源，没有物质的属性，没有电场就没有磁场。因此，引力场只与电场相对应，与电场具有高度的相似性。
电磁波本应称为以太波，但这是历史原因造成的，电磁波与电场和磁场没有任何关系，电磁波的产生与粒子是否带电无关，电场和磁场对电磁波也没有任何影响，电磁波对粒子的作用也与粒子是否带电无关。
引力波同样与引力场无关，引力波的产生与传播与电磁波完全相同，但引力场对以太的密度有一定的影响，从而对电磁波的传播造成间接的影响。

既然磁场是电场的运动效应，那么，引力场的运动也会产生某种效应，只是这种效应还没有被人类发现。

5.7.7. 引力波就是电磁波的证明

任何波的传播必须通过介质（没有介质不能称为波），而且波在介质中的传播速度是唯一的（与介质的物理性质有关）。GW170817事件（LIGO和VIRGO在2017年8月17日观测到的引力波事件）是引力波与电磁波具有相同传播介质的最好证明，在这次事件中，引力波信号和电磁波信号的传播速度最多相差不到一千万亿分之一（10-15次方），单凭这一点，就足以证明引力波就是电磁波。但由于历史原因，人们还不相信引力波就是电磁波。如何证明引力波就是电磁波呢？只要在引力波探测器的其中一个悬臂的延长线上建立一个超低频电磁波发射台即可，如果引力波是电磁波，那么，这个发射台就会对引力波探测器造成影响，而且引力波探测器所观察到的频率是发射台发射频率的两倍，如果引力波是时空的涟漪，发射台对探测器就不会存在影响。

本文由奇点天文作者上传并发布，奇点天文仅提供文章投稿展示，文章仅代表作者个人观点，不代表奇点天文立场。