論多普勒效應對引力的影響

（廣東深圳 518104）

業務探討 BUSINESS DISCUSSION

論多普勒效應對引力的影響

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；存在相對運動的物體之間的引力和多普勒效應有關系，并且分析了多普勒效應可能存在無介質波的關系情況。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，本論文還認為物體除了有引力場外，還存在一個質量場，并參照電磁場公式，給出一個扭力公式。多普勒效應；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，本論文認為引力和物體間的相對運動有關，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象。二者的方程和公式可以參照設立。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量類比，它們就是一樣的。

1 牛頓的引力和引力方程

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

本論文認為物體間的引力作用是通過引力波實現的。根據德布羅意公式：

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。因此本論文認為物體間的引力不但與物體的質量和距離有關，還與它們之間此時所接觸到的引力波頻率有關，引力與這個物體所受到的引力波頻率成正比。

假設有A和B兩個物體，當兩物體的距離沒有發生變化，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物體的質量為大質量

M

，B物體的質量為小質量

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 多普勒效應的幾個猜想

2.1 介質問題

傳統的多普勒效應關系式是有介質的情況。由于可能存在無介質的波，因此這里另設一個關系式。

一個運動波源一旦發出無介質的波，這個波應該有慣性，其運動速度應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多普勒效應中的波源靜止情況，不同的是，此時波源的速度應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）無介質波有沒有慣性？

如果有“無介質”的波存在，如果它在運動的波源發射出來后沒有慣性，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的波，要么這種波在運動波源發出來后有慣性，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，要么它不適用于原多普勒關系式：。

2.2 光多普勒效應

用經典的多普勒關系式計算橫向光多普勒不準確。本論文這里認為這不是時間延緩的原因。

光波有波粒二相性。假設一束光射向觀察者，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。可以假想這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量有可類比性，電荷量和質量都是物質的一種物理性質，兩者都不是實體粒子。電荷有負電荷的概念，那么質量也可有負質量的概念，反物質的質量就可定義為負質量。庫侖定律的實驗基礎是扭秤實驗，萬有引力的引力常數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，另外一個稱為質量場（當然未必真存在質量場，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）。變化的質量場和引力場構成了一個統一的場，這個變化的統一場在空間中傳播形成了引力波，這里把這個場叫作：引力質量場。

把引力場和電磁場類比，電流的產生是電荷的定向移動，那么有質量的物體在空間中運動是產生引力的原因。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體，電流在導體中運動產生電場，天體在星際空間中運動產生引力場，星際空間就是引力的導體。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，這種物質不會對天體的運動產生阻力，但天體在其中運動就像電子在導體中運行一樣，會產生引力場和質量場。

假設在某一處宇宙，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生引力，這與電流在絕緣體中不運動從而不會產生電場一樣。

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

那么表示引力質量場可能也有一個力相當于洛倫茲力，即：

F

=

qvB

sin

θ

，把引力場與電磁場類比，假設一個行星在母星的引力場中運動，行星質量就是

q

，行星速度是

v

，母星的質量場強度是

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。在星光偏折現象中，計算偏折角應要考慮扭力。

本論文還認為，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，庫侖定律給出的結果與實際情形接近。”這里說的應是電荷的相對運動速度遠小于電磁波的速度才準確，因為一旦電荷的速度相比電磁波的速度已經不可忽視，多普勒效應的影響就明顯了。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。在庫侖力中，當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該是以與它們相關的事物，比如庫侖中的電磁波，引力中的引力波，用這兩樣物質的運動速度作為標桿，而不是用光波的速度作標桿。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桿，更不能像相對論一樣把光速作為常數來使用。

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。