1905年,爱因斯坦在狭义相对论中提出二条假设:
第一条相对性原理,物理规律对所有惯性系都不变。
第二条“光速不变”原理,真空中光速与参考系无关,即光速与光源运动和观察者运动无关。
在爱因斯坦的狭义相对论提出前,在对光速的研究中,当时有科学家认为真空可能存在“以太”这种介质,因为光波的传播必须要介质,并设想“以太”是绝对静止的。如果在地球上测量光速,由于“以太”是绝对静止的,与地球转动方向会有相对速度,因此会有所谓的“以太”风存在,使得光速与地球转动方向发生速度差。
因此,迈克尔逊-莫雷设计了一个光干涉实验,以验证“以太”存在的设想。但是多次实验结果都没有发现这样的"以太"的存在。迈克尔逊-莫雷“以太说”吃了败仗,不过他因祸得福因此实验得了”诺贝尔奖“。
爱因斯坦故此认为,光在真空中传播不需要任何介质,断然否定了"以太"的存在,提出第二条的“光速不变”假设。“空间弯曲说”开始萌芽。
但是其中"光速不变"的道理并不那么简单。问题在于迈克尔逊-莫雷等科学家设想的“以太”性质太过简单了。(由于篇幅不在这里展开,具体请看我的文章。光速不变到底隐藏着什么秘密?
一、"以太"说关于"以太"的性质、“光速不变”和”质量来源“的(假设)原理
1、光是以波的方式在真空中传播,其中传播介质是“以太”,所以光源发出的光波一旦进入介质,就与光源速度无关。
2、“以太”会被质量(物体)的引力场吸引和拖牵,与质量物体运动速度发生同步。因此光速不随观察者的相对运动而改变。
3、“以太”会因质量(物体)的引力场和运动拖牵,产生密度疏密变化分布,折射率等性质与“以太”密度成正比例关系,光线穿越时因而会发生折射弯曲现象。
4、质量的获得与“以太”有密切关系,“以太”就是物质质量的来源。
根据现代粒子物理标准模型,宇宙中似乎存在一个无所不在的场,物质在这个场中运动时会由于其含有物质的多少,产生类似拖牵的作用而获得质量,那个场就是无处不在的希格斯玻色子场。但这个场并不能完全解释所有粒子质量的来源,如由3个夸克组成的质子、中子的质量来源,只能用相对论质能转换解释。
上述内容的重点是:物质在场中运动产生类似拖牵作用而获得了质量。
其实”以太“包含了希格斯玻色子场,剩余质量的获得与“以太”有密切关系,所以”以太“的拖牵作用完全可以解释成物质的质量来源。
所以“以太”的"弯曲"分布相当于有引力场的分布,我们把它称为“以太弯曲说”。
二、爱因斯坦的广义相对论“空间弯曲说”
爱因斯坦的广义相对论的中心思想是,质量和能量、动量的分布会导致时空弯曲,空间弯曲告诉物质怎样运动,这是引力的本质。(由于相对论能量和动量与质量可以相互转换,所以广义相对论本质上讲是质量的分布造成了空间-时间的弯曲。)广义相对论中质量弯曲的不是空间中的“以太”,而是空间本身,并且空间(真空中)没有“以太”,所以是空间弯曲相当于引力场的分布。爱因斯坦正式确立了“空间弯曲说”
1、爱因斯坦广义相对论发表后,“空间弯曲说”被认为验证正确的大致有这样几条,一是水星近日点进动,二是光线弯曲、引力透镜现象、三是光线红移现象、四是雷达回波延迟等。
2、对"以太"支持者来说,以上都可以用“以太”被质量物体吸引拖牵和在引力场的密度分布不均的“以太弯曲说”来解释。与“空间弯曲说”几乎没什么本质区别。
3、这不是重点,支持爱因斯坦“空间弯曲说”的人打死也不会承认!他们会反驳,你所谓“以太”就是空间。重点是下面的事实,“空间弯曲说”不知如何以对:
2014年,一群天文学科学家利用NASA的哈勃太空望远镜发现了一个罕见类型的微引力透镜事件——一颗密度极高的白矮星经过了离它数千光年远的另一颗背景恒星。这两颗恒星并没有完全对齐,但从视线上看是靠的很近的。下面图是当白矮星经过背景恒星时观察得到的数据模拟的,看起来就好像是白矮星经过时将背景中的恒星推开一样,背景恒星出现弧形的移动轨迹。该研究结果发表于6月7日《科学》期刊(文章链接:https://science.sciencemag.org/content/356/6342/1046)
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该现象用"以太弯曲说"是很容易解释的,因为“以太”是与空间分离的,所以背景的恒星会被(相隔很远的)前景白矮星拖牵的“以太透镜”覆盖,当白矮星经过时光线因为“以太透镜”的折射,恒星位置看上去就发生了明显的移动现象。
4、但用“空间弯曲说”来解释根本行不通!如果时空是弯曲的,按广义相对论的说法,光的线路是走测地线(相当于曲面两点最短路径),所以光线进入时会循着弯曲空间的测地线曲率平滑地转弯,相当于现实中光在光纤中传播的效果,与光走介质折射线路径性质完全不同。在折射率梯度变化的介质中平滑转弯是很难发生的。
在时空弯曲情况下,前景的白矮星相当于通过一大捆很细、很长的光纤连着背景恒星的道理。相像一下,远处光纤尾部对着恒星不动(相隔几千光年远),从前景白矮星看去,光纤不管如何弯曲,背景恒星的位置是不会移动的(可以想象医生用内窥镜看东西的时候),当白矮星经过恒星时,“空间弯曲透镜”最多只能发生恒星图形变形的情况,绝不可能出现如此大的恒星位置图像移动的现象。
事实胜于雄辩,所以空间并没有发生弯曲,空间不会弯曲!到此,“空间弯曲说”完败,“以太弯曲说”取得胜利!
“以太弯曲说”取得胜利!由此会引发许多科学问题,有待拨乱反正。这些我会在以后的文章中持续更新。敬请关注——维度开拓者,你的支持是我的动力。
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