今年4月20日美国航天局和斯坦福大学合作发射了一颗GP-B卫星。这颗卫星花了7亿美元、45年时间才制造出来。这件事震动了世界。卫星的根本目的是判定时空到底是弯曲的还是平直的？这样一来我的狭义相对论(平直时空)引力理论自然也成了这颗卫星检验的对象。

要预测实验结果，当然要弄清下面几个问题：人们已经做了什么实验？结论是什么？GP-B实验与已做过实验之间的联系是什么？这样才能回答提出的问题。

由于当前技术水平的限制，现在人们类只能做两类实验：测量静止球体的引力场；测量运动物体的引力场。已完成的4个实验(观察)是：行星近日点的移动、光在太阳附近的偏折、光的引力红移和雷达波的延缓，这些实验的目的都是在弄清静止物体引力场的性质。正在做的GP-B实验的目的则是弄清运动物体的引力场的性质。

牛顿提出了著名的万有引力公式，从这一公式出发可以导出在静止物体的引力场中，另一物体运动时的能量(动能)的变化和角动量不变的两个结论(第一层次结论)。牛顿引力是沿径向向心的，所以它对沿角方向的运动没有影响，角动量不变是自然结论。这一结论对后人的思维有深刻影响。从牛顿的能量变化和角动量不变出发可以进一步推出行星绕太阳运动的轨迹是椭圆(第二层次的结论)。这个结论对人们认识太阳系各行星运动起了关键作用。

十九世纪精密天文覌察发现, 在行星沿橢园运动的同时，橢园本身也绕太阳缓慢转动，称为行星近日点的移动。这一事实是单独用牛顿引力所不能解释的。这样一来, 牛顿引力理论面临危机。

爱因斯坦提出一个奇特的想法：一个物体使周围的时空发生弯曲，另一个物体在弯曲时空中沿一条最短程路线运动，这就是引力的本质。在静止物体的引力场中，爱因斯坦运动方程(短程线方程)是

                          (1)

                           (2)

根据希瓦兹德度规可以求出上式中克里斯托菲符号。把(1)、(2)式乘以运动物体的质量就得到4维动量变化率。由(1)式积分就得到另一物体在r处的能量，

                                    (3)

这个式子是广义相对论的结论。当物体从时其能量变化是

                                    (4)

爱因斯坦的能量变化是牛顿的能量变化的2倍。(2)式的数学上等价形式是

                 (5)

在线性近似下，广义相对论的等效引力包含两部分：牛顿引力和附加引力(上式第2项)。广义相对论的附加引力的大小与速度有关，但附加引力方向沿径向，所以附加引力也改变运动物体的能量，而不攺变它的角动量。这里附带说明一下，在广义相对论中能量变化有牛顿引力和附加引力产生的部分，还有非引力产生的部分。广义相对论推出的第一层次的结论是：“沿径向的附加引力”、“爱因斯坦的能量变化”是牛顿能量变化的2倍。以这两点为前提，进一步推算可以解释行星近日点的移动，并进一步求出光线经过太阳附近时受到太阳吸引而产生的偏折，其偏折角是牛顿预期值的2倍。后来的实验证明爱因斯坦是正确的。这样广义相对论到达光辉顶点。

根据度规张量的意义，广义相对论预期：在引力场中的不同点, 时间的间隔是不同的。在1964年期间人们完成一个新的实验，测量光在引力场中运动时它在不同点的频率变化，以检验广义相对论这个预期是否正确。这个实验称为光频率的引力红移。实验结果是

                                    (6)

它与广义相对论预期一致，这三个实验是广义相对论的实验依据。表面看来，广义相对论节节胜利。但这个新的实验结果隐藏着对广义相对论来讲是致命的东西。40年了，没有人看到、也不愿意看到这点。爱因斯坦认为频率为的光子的能量是，h是普朗克常数。他因为这个假定而获得诺贝尔奨金。用常数h乘以上式就得到

                                    (7)

这两个式子是实验结果的等价表示式。第二个式子代表光子沿半径方向移动时由于引力作用引起的能量变化。能量变化的实验值恰好就是牛顿的能量变化值，这意味着光子运动过程中只有牛顿引力引起的能量变化，而不存在广义相对论所预期的附加引力所引起的能量变化，更不是牛顿能量变化值的2倍。广义相对论所预期的附加引力是沿半径方向，如果这个力存在，则必定存在这个力所做的功和引起的能量变化。光的引力红移实验结果表明不存在附加引力所做的功和引起的能量变化，这一事实只说明实际上并不存在沿径向的附加引力。广义相对论所预言的非引力所引起的能量变化也不存在。不仅光引力红移实验结果与广义相对论直接矛盾，你还得注意，广义相对论正是以径向附加引力和爱因斯坦能量变化这两点作为前提去解释行星近日点移动和光偏折的。前提被光的引力红移实验否定了，这种解释还能是正确吗？所以认为“行星近日点移动和光偏折实验支持广义相对论”是不正确的。你看，这样一来, 三个实验中最多只有“半个”实验(指光引力红移中的频率变化部分)支持广义相对论。对这半个实验，广义相对论只提供一种可能解释，但绝对不是唯一可能解释。这样一来，有人对光频率的引力红移实验结果是否足够精确产生怀疑。倘若实验结果不是(6)式，那么广义相对论度规张量的正确性将被否定。由此可见，3个实验的总体来看，广义相对论的弯曲时空的假定是与实验不符合的。

显然，人们必须在平直时空的基础上提出新的理论才能正确描述引力作用的本质。3个实验从总体上告䜣人们什么呢？

行星近日点移动和光偏折实验告䜣人们：只有牛顿引力是不能说明实验的，必须引入附加引力。

光引力红移实验告䜣人们：只存在牛顿引力引起的能量变化，不存在附加引力引起的能量变化。

“存在着附加引力，但它不引起能量变化”，这是3个实验给出的结论。且慢，存在着不引起能量变化的力吗？你看，把1件重物放在匀速运动汽车上，当汽车在平直路面上匀速运动时，汽车对重物的支持力(垂直向上)没有做功，不增加重物的动能。这时支持力与物体的运动方向垂直，具有这样性质的力都不做功，不攺变物体的能量。这样人们可以得出推论：实验告䜣人们，存在着附加引力，但它的方向与物体的运动方向垂直。附加引力不沿径向方向，这必然引起角动量的变化，这一结论是“如此不可思议的”。一位研究引力理论的博士生对我提出：“甲、乙两个物体所构成体系对它们的连接线是左右对称的，这样的体系不可能出现角动量变化。”应该说：这是一个水平较高的质疑。但是他没有注意到，仅当两物体都静止时，体系才对连接线对称。当其中一个物体运动时，对称就破坏了，就可能出现角动量的变化。这里只说明一点，由于牛顿引力推论的影响，角动量变化的想法是很不容易被接受的。对我来讲，我只承认实验为人们做出的结论，不管这个结论看起来是如何不可思议。从上面分析得出：附加引力不改变能量，因此必定改变角动量，这是实验给人们的唯一结论。

这样把工作目标锁定在：(i)寻找角动量变化的规律，使得它与牛顿能量变化公式联立能同时解释上述3个实验，这个角动量变化式子就是

                                      (8)

(ii)寻找一个引力理论，它自动推出一个与速度垂直的附加引力, 这个附加引力自动导出(8)式。

附带要说明一下，后来又做了一个雷达波延缓的实验，称为广义相对论的第4个实验证明。人们仍用沿径向的附加引力和爱因斯坦能量变化这两个被否定的前提去说明这个实验，所以说明是不合理，不能作为证明广义相对论正确的第4个实验依据。用牛顿的能量变化和找出来的角动量变化式子(8)可以解释了这个实验结果。

怎么寻找牛顿引力以外的附加引力呢？这个附加引力必定与物体的速度有关。那么让我们回头看一下电磁作用吧！两个电荷之间存在着两种作用力，电场作用力和磁场作用力。电场作用力与电荷运动无关，牛顿引力与电场力一样也与物体运动无关。磁场力与电荷的运动速度成正比，在引力中是否存在着与速度、速度平方、速度三次方…成正比的作用力呢？理论上的依据又是什么呢？我在狭义相对论(平直时空)基础上提出一个新引力理论，称为狭义相对论引力理论。根据“引力质量等于惯性质量”这个实验结果(把它当作第一基本假定)可以推出引力是

                       (9)

式中是受力物体的速度。在时只有第1项，这一项就是牛顿引力。牛顿引力与电场力相似，所以牛顿引力可称为类似电场力的引力。第2项性质类似于磁场力，称为类磁引力。第3、4项是电磁作用没有的，把相应的引力场称为P、R分量引力场, 与式中的C结合起来，寓意P.R.of China。

牛顿引力为己知，要从这一己知引力推出引力的其他部分，最方便的方法是引入引力势。由狭义相对论要求和牛顿引力势出发可以写出引力势方程应是，

                       (10)

   这个式子是狭义相对论引力理论的第二基本假定。整个理论是建立在三点上，“狭义相对论(平直时空)”、“引力质量等于惯性质量”和“引力的低速极限是牛顿引力”。应该说这个基础是极可靠的。在静止物体产生引力场情况下，B、P分量为零，这时引力是

              (11)

引力包含牛顿引力和附加引力。附加引力与速度垂直，不做功、不改变能量，只改变角动量。这个附加引力恰好导出(8)式，因而自然地解释了上述4个实验。以上这些性质集中说明一点，平直时空假定得到4个实验的支持。

上面己经介绍过，在静止物体的引力场情况下，引力公式的第2、3项为零，或者说引力场的B、P分量为零。对运动物体, 它产生的B、P分量场不为零，GP-B实验的目的就是测量这两个分量场的强度。把旋转的陀螺放在B、P分量引力场中，引力场使陀螺的轴慢慢改变方向，这叫做陀螺的进动。弯曲时空假定下的引力理论和平直时空假定下的引力理论所预期的B、P场强度不同，因此预期的陀螺进动率不同。实际地测量陀螺的进动率，就可以判断那个引力理论是正确的，从而进一步判断时空是平直还是弯曲，这是GP-B实验的最终目的。

当卫星绕地球作轨道运动时，站在卫星上的覌察者看来地球绕卫星运动，这时巨大的地球产生的B、P分量场使陀螺进动。由于这是卫星轨道运动引起的，把它称为轨道效应(广义相对论中称为短程线效应)进动。NASA(美国航天局)最近公布，根据广义相对论求出短程线效应进动率预期值是

 6,614.4毫弧度秒/年。平直时空引力理论推出轨道效应进动率预期值是

4409.6毫弧度秒/年           (12) 

轨道效应进动轴是在轨道平面上。这是判断时空是否平直的最重要的理论数值。预计测量的相对准确度可以达到0.01%。

此外，地球绕自转轴转动，它产生另一组B、P分量场，并使陀螺产生附加进动，称为地球自转效应进动(在广义相对论中称为坐标拖曳效应)。NASA新近公布，根据广义相对论求出坐标拖曳效应进动率预期值是40.9毫弧度秒/年。平直时空引力理论推出的地球自转效应进动率预期值是

61.36毫弧度秒/年               (13)

重要的是它与陀螺轴在水平面(地球赤道平面)上的方向角有关。我是第一个人作出这样结论。2002年4月，我曾向斯坦福大学负责这一工作的Francis Everitt教授建议选取。按照新近公布的材料分析，GP-B实验中陀螺轴方向设置在轨道平面上()。根据广义相对论在这样设置下地球自转效应进动轴的方向在轨道平面的法线上。这是一个极明智的选择。因为根据狭义相对论引力理论，在这种情况下，B项和P项的贡献相反，所以

                                       (14)

而在广义相对论中只有B项贡献，没有P项贡献，所以这个进动率是不可能为零。这是判定是否存在P项贡献的巧妙方法。这种选择对平直时空引力理论是一个极严格考验。实验预期的相对准确度达到1%，这足以判断时空是平直还是弯曲的。

    GP-B实验需要进行18个月，实验结束后还要用大约一年时间分析实验结果，作出结论。实验结果肯定会在eistein.Stanford.edu网站上公布。

上面指出：第一类实验用来确定静止物体的引力场，现在的实验资料己经能够完全地确定静引力场所有分量。GP-B实验是用来探测运动物体的引力场。在地球上看来，地球的引力场是静引力场，它己完全确定。在卫星看来，地球的引力场变为运动物体的引力场。实际上是两个不同观察者(地球和卫星)观察同一对象(地球的引力场)。虽然观察的结果不同，但在物理中有一个普遍定律—洛仑兹变换公式，可以用来确定两个观察结果之间的必然联系。这样，由地球观察者看到的结果可以推知卫星的观察结果。推出的结果恰好是平直时空引力理论所预期的4409.9毫弧度秒/年。 因此实验得到这个结果可能性是很大的。它将会进一步证明时空是平直的。

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