（廣東深圳 518104）

業(yè)務(wù)探討 BUSINESS DISCUSSION

論多普勒效應(yīng)對引力的影響

段賢香

（廣東深圳 518104）

牛頓的萬有引力方程不能用來計算高速運動的物體之間的引力，物體之間的引力大小和引力波的頻率高低有關(guān)；存在相對運動的物體之間的引力和多普勒效應(yīng)有關(guān)系，并且分析了多普勒效應(yīng)可能存在無介質(zhì)波的關(guān)系情況。這篇論文給出了一個運動物體之間的引力方程。通過類比引力場和電磁場，本論文還認(rèn)為物體除了有引力場外，還存在一個質(zhì)量場，并參照電磁場公式，給出一個扭力公式。多普勒效應(yīng)；運動頻率；靜止頻率；扭力

牛頓的時空觀要比愛因斯坦的合理，但牛頓的萬有引力理論和引力方程不完善，需要修改，本論文認(rèn)為引力和物體間的相對運動有關(guān)，因為相對運動會影響到彼此接收的引力波頻率。

引力場與電磁場有很多相似性，比如電磁場有電磁波，引力場有引力波，電磁場對其中的帶電體和磁體有作用力，引力場對周圍的物體也有引力作用。因此，可以看出引力場也是一種普通的物理現(xiàn)象，不可能影響時空。研究引力場可以類比電磁場的特性和現(xiàn)象。二者的方程和公式可以參照設(shè)立。比如庫侖定律和引力方程就十分相似，只要把其中的電荷和質(zhì)量類比，它們就是一樣的。

1 牛頓的引力和引力方程

根據(jù)多普勒效應(yīng)，波的頻率和波長會隨波源和觀察者之間的相對運動而發(fā)生變化。引力是一種波，因此應(yīng)該也有這種效應(yīng)。

本論文認(rèn)為物體間的引力作用是通過引力波實現(xiàn)的。根據(jù)德布羅意公式：

E

=

hv

可知電磁波的頻率越高，能量越大。引力波應(yīng)也有此特性，即其頻率越高時，能量越大，引力也就越大。

對于同一個引力源和受引物體，受引物體所受的引力的頻率越高，引力應(yīng)越大，引力波的波長越短，引力越大。引力波的波長和頻率隨兩物體之間的相對運度速度變化而變化。因此本論文認(rèn)為物體間的引力不但與物體的質(zhì)量和距離有關(guān)，還與它們之間此時所接觸到的引力波頻率有關(guān)，引力與這個物體所受到的引力波頻率成正比。

假設(shè)有A和B兩個物體，當(dāng)兩物體的距離沒有發(fā)生變化，即沒有相對位移時，記A物體所受到的B的引力波頻率為

f

,當(dāng)B物體對A物體作相對運動時，記A物體接受到B物體的引力的頻率為

f

。本論文把

f

叫作運動頻率，

f

叫作靜止頻率。同樣，記B受到的運動頻率為

f

，靜止頻率為

f

。（1）因為萬有引力的

F

力是兩物體之間的引力，現(xiàn)在將它暫分為兩部分，A物體的引力為

F

,B物體對A物體的引力為

F

，記A物體的質(zhì)量為大質(zhì)量

M

，B物體的質(zhì)量為小質(zhì)量

m

，則A物體在總引力中所占比例為：，B物體所占的引力比例為：。

（2）A物體運動時產(chǎn)生的對B的引力變化是：

B物體對A物體作相對運動時的引力變化為：

那么總引力為：

2 多普勒效應(yīng)的幾個猜想

2.1 介質(zhì)問題

傳統(tǒng)的多普勒效應(yīng)關(guān)系式是有介質(zhì)的情況。由于可能存在無介質(zhì)的波，因此這里另設(shè)一個關(guān)系式。

一個運動波源一旦發(fā)出無介質(zhì)的波，這個波應(yīng)該有慣性，其運動速度應(yīng)是自身波速和波源速度的疊加。

（1）觀察者不動，波源動，這里以波源接近觀察者為例，波源的接近速度記為。此種情況可視為類似有介質(zhì)多普勒效應(yīng)中的波源靜止情況，不同的是，此時波源的速度應(yīng)疊加在觀察者速度上。因為速度是相對的，此種情況是可以的。

這樣，多普勒關(guān)系式為：

（2）觀察者波源都運動的情況為：

f

′為觀察到的頻率；

f

為波源原始發(fā)射頻率；

v

為波源靜止不動時的原始波速；

v

為觀察者移動速度，若接近波源則前方運算符號為+號，反之則—號。

v

為波源移動速度，若接近觀察者則前方運算符號和

v

一樣為+號，反之則-號。

（3）無介質(zhì)波有沒有慣性？

如果有“無介質(zhì)”的波存在，如果它在運動的波源發(fā)射出來后沒有慣性，它在原地運動，但這個原地在哪里呢？這必須有個參照系，這樣才能確定波源是否在運動。這樣有兩種可能，一是這樣的參考系是不存在的，那么要么不存在無介質(zhì)的波，要么這種波在運動波源發(fā)出來后有慣性，即這個波始終以波源為中心隨波源運動；二是如果存在，只能是一切的源頭：宇宙中心。

因此，電磁波的傳遞要么需要介質(zhì)，要么它不適用于原多普勒關(guān)系式：。

2.2 光多普勒效應(yīng)

用經(jīng)典的多普勒關(guān)系式計算橫向光多普勒不準(zhǔn)確。本論文這里認(rèn)為這不是時間延緩的原因。

光波有波粒二相性。假設(shè)一束光射向觀察者，光源圓周繞觀察者運動，即所謂的橫向多普勒。光既然有粒子和特征?？梢约傧脒@束光的光子一個接一個的運動向觀察者，而且有直線運動的傾向。如果波源不動的話，顯然這些光子會按一直以直線向觀察者運動。

但波源橫向圓周運動的話，那么這時從光源發(fā)出來的光子就不能和前面那些光子保持在一條直線上，這個光子就要脫離那條原先的直線。

本論文猜測光線中的光子與光子之間有一種類似引力或電磁力的力，這種力使光子之間能保持一個接一個的直線前進。本論文不認(rèn)為光線的這種一個光子接一個光子的直線運動是完全由于慣性。因為光子的質(zhì)量太小，如果僅靠慣性的話，雖然它的速度很高，但也不夠讓它保證直線，其它的因素也會影響到它的路線。

光源運動，光子要脫離原先的直線，那就要克服上面所說的光子之間的“引力”，要克服這種力，需要消耗能量，光子的能量就會降低，光波的頻率也會下降，波長變長，從而出紅移。

3 引力場的扭力

引力場與電磁場有很多相似的地方。通比類比，用電磁場的某些特性及其公式推測引力場的特性是可靠的。

庫侖定律和萬有引力公式

上面兩公式中，庫侖公式中的電荷量和引力公式中的質(zhì)量有可類比性，電荷量和質(zhì)量都是物質(zhì)的一種物理性質(zhì)，兩者都不是實體粒子。電荷有負(fù)電荷的概念，那么質(zhì)量也可有負(fù)質(zhì)量的概念，反物質(zhì)的質(zhì)量就可定義為負(fù)質(zhì)量。庫侖定律的實驗基礎(chǔ)是扭秤實驗，萬有引力的引力常數(shù)也是用扭秤實驗來測，兩個力的大小都與距離的二次方成反比，由此可見引力和庫侖力有相似的運行原理。

電磁場中，電場可以激發(fā)磁場，那么星際空間里的星體也有可能有兩個場，一個是引力場，另外一個稱為質(zhì)量場（當(dāng)然未必真存在質(zhì)量場，類比引力場和電磁場，不是要處處一樣，這里僅是猜測一下可能性）。變化的質(zhì)量場和引力場構(gòu)成了一個統(tǒng)一的場，這個變化的統(tǒng)一場在空間中傳播形成了引力波，這里把這個場叫作：引力質(zhì)量場。

把引力場和電磁場類比，電流的產(chǎn)生是電荷的定向移動，那么有質(zhì)量的物體在空間中運動是產(chǎn)生引力的原因。比如在星際空間，天體就是電荷，星際空間就是電流運動的導(dǎo)體，電流在導(dǎo)體中運動產(chǎn)生電場，天體在星際空間中運動產(chǎn)生引力場，星際空間就是引力的導(dǎo)體。這里的星際空間并不是指抽象上的空間，而是說星際空間中存在一種物質(zhì)，這種物質(zhì)不會對天體的運動產(chǎn)生阻力，但天體在其中運動就像電子在導(dǎo)體中運行一樣，會產(chǎn)生引力場和質(zhì)量場。

假設(shè)在某一處宇宙，其中的星體相對于其周圍的星際空間不作運動，那么該星體就不會產(chǎn)生引力，這與電流在絕緣體中不運動從而不會產(chǎn)生電場一樣。

如果除了引力場之外真的還有質(zhì)量場，因為電磁場還有一個洛倫茲力，那么引力質(zhì)量場可能除了引力外也還有一個力。洛倫茲力公式

那么表示引力質(zhì)量場可能也有一個力相當(dāng)于洛倫茲力，即：

F

=

qvB

sin

θ

，把引力場與電磁場類比，假設(shè)一個行星在母星的引力場中運動，行星質(zhì)量就是

q

，行星速度是

v

，母星的質(zhì)量場強度是

B

，這個力就是

F

=

mvB

sin

θ

，在這里把這個力稱為：扭力。

由此可知，兩物體之間的引力用牛頓萬有引力公式計算的只是距離沒有變化的情況下的引力，若是兩物體有相對運動的情況下，尤其是高速運動情況下，有兩個新的因素要考慮：(1)扭力；(2)多普勒效應(yīng)。在星光偏折現(xiàn)象中，計算偏折角應(yīng)要考慮扭力。

本論文還認(rèn)為，扭力是在運動的行星是球形形狀的情況下，如果在引力源引力場中運動的物體不是自然形成的球形，比如球形星球，那么它所受的洛倫茲力應(yīng)是安培力。

“實踐表明，只要電荷的相對運動速度遠小于光速c，庫侖定律給出的結(jié)果與實際情形接近。”這里說的應(yīng)是電荷的相對運動速度遠小于電磁波的速度才準(zhǔn)確，因為一旦電荷的速度相比電磁波的速度已經(jīng)不可忽視，多普勒效應(yīng)的影響就明顯了。如前面的萬有引力公式這種情況下要修正一樣，庫侖公式這時也應(yīng)要修改。

這里說一下，庫侖定律和萬有引力公式在物體高速運動的情況下都不適用，主要是因為多普勒效應(yīng)。在庫侖力中，當(dāng)運動電荷的速度遠小于電磁波速度時，定律有效；在萬有引力中，當(dāng)物體運動速度遠小于引力波速度時，公式可用。在這兩種情況中，運動的電荷和物體的速度都應(yīng)該是以與它們相關(guān)的事物，比如庫侖中的電磁波，引力中的引力波，用這兩樣物質(zhì)的運動速度作為標(biāo)桿，而不是用光波的速度作標(biāo)桿。光波的速度也許與電磁波和引力波的速度接近，但是不能代替這兩者作標(biāo)桿，更不能像相對論一樣把光速作為常數(shù)來使用。

本論文所引用的都是眾人都知的萬有引力和相對論理論以及大眾熟知的物理事實和現(xiàn)象，因此不作參考文獻目錄。

O314

A

1003-2177（2017）13-0062-03

段賢香（1977—），男，安徽肥西人，本科，研究方的：理論物理。