以太论与相对论的比较摘要 在19世纪末期，物理学界的绝大多数科学家都相信以太的存在，以太论完全在经典物理的框架范围内。在本文中，把以太论与相
对论进行了三个层次的比较，它们是：基本概念的比较、核心思想的比较、物理现象解释的比较。最后的结论是：以太论能够自洽地解释所有相对论
能够解释的物理现象。关键词：以太，参考系，质能方程，时空弯曲引言1920年，爱因斯坦在莱顿大学做了一个“以太与相对论”的报告，试图
调和相对论和以太论。他指出，狭义相对论虽然不需要以太的概念，但是并未否定以太，而根据广义相对论，空间具有物理性质。在这个意义上，以
太是存在的。他甚至说，根据广义相对论，没有以太的空间是无法想像的。在本文中，按照传统的经典方法处理以太问题的理论称为以太论。基本概
念的比较时间相对论认为，时间是相对的，是与空间相联系的，例如，在引力的空间中，时间会变慢，而且引力越强，时间越慢；物体在运动时，时
间也会变慢，而且运动速度越快，时间也越慢。主流认为，时间与空间的关系已经得到了实验的验证，例如，GPS的时钟调整，铯原子钟绕地球飞
行试验等。时间这个概念，自爱因斯坦发表有关相对论的理论后，人们对时间概念的认知发生了波动。但是，时间是从物质运动现象抽取的概念，是
一个抽象的概念，并不针对某个具体物质的运动过程，是人类以数字化度量的、用以描述物质运动过程长度的一个参数。宇宙万物的运动过程并不依
人的意志而改变，运动的存在是绝对的现象，时间也是绝对的，我们绝不能把抽象的时间与原子钟的计数混为一谈。引力场中的原子钟我们对引力场
中的时间验证都有这样一个前提假设：原子钟是绝对准确的。例如，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。但是，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！也就是说，锶原子在不同的高度上的振动频率是不同的。如果广义相对论是正确的，也就是时间与空间是相关的，必须首先假
设锶原子钟在任何高度上都是绝对准确的，这个实验到底是验证相对论呢还是否定相对论呢？再如，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，原子钟运转越快，如此简单的事实却被解读为支持相对论的
证据。为了说明相对论的时间观是正确的，人们不惜混淆时间和计时工具。从古至今，都是按照地球自转一周确定为一天的，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。如果采用原子钟计时，珠穆朗玛峰顶部的一个原子钟，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，主流的解释是时间膨胀。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919263177
0 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？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，而且时间是与空间相关的。原子钟在引力场中会变慢，这是实验事实，虽然我们还不完全清楚原子钟的振
荡原理，但假设原子的辐射频率绝对不变显然是不对的，我们不能把原子钟的计数值当作真实的时间。在引力场中运动时的原子钟原子钟只是一种计
时的工具，由于引力是不可屏蔽的，因此，原子钟也必然受到引力的影响。除引力的强度影响外，原子钟在引力场中运动时，也必然会影响它的准确
度。所谓的“钟慢效应”实际上就是原子钟的振动频率变慢，并不是时间变慢！需要说明的是，相对引力场的运动速度，指的是相对质心的速度，与
速度的方向无关。在以太中运动时的原子钟以太之所以被主流否定，其主要原因是无法控制它，也就是说，我们无法屏蔽以太。如果我们承认以太的
存在，那么，当物体在以太中运动时，必然会受到以太的影响。如果我们弄清楚原子振动的原理，就可以得出原子的辐射频率与原子在以太中运动速
度的关系。原子钟所受的影响只与相对以太的速度大小有关，与速度的方向无关。小结爱因斯坦提出相对论之前，没有谁会认为时间是相对的，对于
任何人来讲，不管贫富贵贱，也不论身处何时、何地、何种状态，一秒就是那么长时间，是人为规定的，一秒钟时间的长短与任何物体的振动频率都
没有关系。时间与空间是完全独立的，宇宙中的一切物质都存身于空间内，或静止，或匀速运动，或因为外力而改变速度与方向，我们可以建立一个
三维的空间坐标系对其进行描述。时间独立于空间之外，是凌驾于所有物质之上的一种单独存在，它只是记录物质的运动与变化过程。空间相对论的
观点是：引力是有质量物体使空间弯曲产生的效应。但是，弯曲作为物质实体的一种表象形式，只有对物质才具有意义，空间弯曲的提前是空间必需
是物理实在的，如果空间是空无一物的虚空，弯曲是毫无意义的。爱因斯坦认为，空间是物质所具有的一种属性，而在具有质量的物质附近，空间是
弯曲的，而黎曼几何被成功的应用于广义相对论中，用来将弯曲的空间几何化，并能够将对引力场的理论描述精确定量化。以太论认为，空间只是物
质存在的场所，与时间没有任何关系。在任何空间中，都存在着以太粒子和正负电子对，在地球附近的空间，以太的密度为1.257x10-6
kg/m3，但现代科技还无法直接探测到它的存在。1924年爱因斯坦开始自我反省，从不同角度重新审视了以太，爱因斯坦在他的《论以太》
一文中多次提到“狭义相对论以太”和“广义相对论以太”，他断言“理论物理学决不能没有以太，即具有物理性质的连续场，因为广义相对论排除
直接的超距作用。然而每种接触作用的理论都认定要连续场的，因此也就认定有一个以太存在。”爱因斯坦所讲空间的性质就是以太，他认为，不去
谈什么以太，而来谈空间的性质也是一样的，狭义相对论中的以太也是绝对的，因为它把以太对惯性的和对光的传播的影响看成与任何物理影响无关
。按照狭义相对论，物体的几何性质不但受到动力学的影响，而且还要受到以太的影响，否则“尺缩、钟慢、质增”等相对论效应也成为无源之水。
引力场是空间的本体，空间内则充满着均匀的以太，电磁波在均匀的以太中以恒定的光速传播。广义相对论的以太既不同与经典力学的以太，也不同
与狭义相对论的以太，广义相对论的以太是这样的一种媒质：它本身完全没有一切力学的和运动学的性质， 但它却参与对力学和电磁学事件的决定
。如果宇宙是封闭的， 空间是有限的，则以太性质的规定是完备的。爱因斯坦说“依照广义相对论，空间已经被赋予物理性质，因此，在这种意义
上，存在着一种以太。依照广义相对论，一个没有以太的空间是不可思议的，因为在这样的空间里，不但光不能传播，而且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和时间间隔。”从爱因斯坦对以太的论述可以看出，所谓的空间弯曲，实际上就是以太的密度变化，是一种球形弯
曲。那种在弹簧床上放置铅球的模型是错误的，因为球形弯曲是没有方向性的，是各向同性的，而且与时间无关。光速相对论认为，光速是绝对不变
的，与参考系无关，但没有说明光速为什么不变。以太论认为，光速与声速是一样的，都是介质的波速，没有本质的区别。很多的实验都可以证明：
光速不变而且与发射体的运动状态无关，但所有的实验都有一个前提，就是观察者相对于传播介质是静止的，也就是说，只有观察者相对于传播介质
是静止时，光速才是不变的。声音也有同样的性质：当观察者相对于空气静止时，声音的传播速度也同样与发射体的运动状态无关，只要空气的温度
不变，声音的速度就是确定的，这是经过很多实验证明过的，与光速的性质完全一样。如果观察者相对于介质是运动的，所观察到的速度就是可变的
。光既然是波，它就和所有的波一样，是一种介质的波动。例如：在空气介质中的声音，尽管声源振动的频率有快有慢、振幅有大有小，但声音的速
度却是恒定的，因为介质都有自己的内在固有属性，除非温度变化了，音速才会改变。同理，光也是波，传播同样需要介质，传播速度取决于介质，
而与光源无关，不管波动频率和初始能量多大，只要介质的性质不发生变化，光速就是恒定的。光的传播速度与介质的速度是可以线性叠加的，星地
和星间双向对时确定无疑地证明：电磁波的双向传播速度符合波与传播介质的速度叠加关系。能量狭义相对论指出，物体的质量将随着速度的增大而
增大，这一结论被称为质能方程，即E= mc2，它的意思是能量和物质是等价的，它们可以相互转化。在物体高速运动时，物体的能量将会增加
，相应的物体的质量也会增大。当物体的速度趋于光速时，物体的质量将趋于无穷大。这意味着有质量的物体不可能达到光速，因为当其接近光速时
，物体的质量将无限增大，相应地需要无限的能量来推动它前进。以太论认为，能量是物质的一种运动状态，能量的存在有两个必要条件：物质的质
量和运动速度，缺少其中任何一个条件，就没有能量可言。能量可分为动能和势能，动能是物质运动产生的，与物体的运动速度有关，势能并不是真
正的能量，而是一种潜在的能量，与物体的受力大小有关。物质并不能转换成为能量，物质可以在状态的变化过程中释放能量，但物质在释放能量的
过程中，其属性并没有发生变化，而是物质的表现形式发生了改变，但是它还是物质的属性，所以说物质转化为能量的说法是不对的。可以说，能量
依赖于物质，或者说；能量的产生需要以物质为基础，有能量就必有物质；不存在没有物质的纯能量。物质并不是能量转化而来的，物质也不能转化
为能量，能量是物质状态变化过程中所释放的，因为物质状态的变化过程中，力在其中发挥了一定的作用！所以物质并不能直接转化成为能量，但是
能量却是来自于物质的状态变化。能量释放和吸收的载体都是物质，没有物质，也无从谈能量。 核心思想的比较等效原理相对论认为，在一个惯性
系中，物理规律应该保持不变。等效原理是从物体的惯性质量等于引力质量这一“真理”推广而来的。以太论认为，在惯性系中，力学定律保持不变
，但是，并不是所有的物理规律都保持不变，任何“真理”都有一定的范围，越过这个范围它就会变为“谬误”。物理学并不仅仅限于力学，惯性质
量等于引力质量并不能说明惯性系中的其他物理规律保持不变。例如，在我们的参考系中，存在一个特殊的参考系——介质参考系，只有在介质参考
系中，波速才是不变的，可以说：在空气中，如果观察者相对空气静止，音速是不变的，但如果观察者相对空气匀速直线运动，音速就是可变的，是
运动速度与波速的线性叠加。再如，在一个参考系中，磁场是存在的，但在另一个参考系中，磁场并不存在。等效原理是相对论的根基，如果等效原
理是错误的，整个相对论大厦也就不存在了，在不同的惯性参考系中，物理规律并不是完全相同的。同时的相对性相对论认为，光速与其他任何速度
叠加之后仍旧是光速，光速是绝对的，不需要参照系！时间和速度的关系就是：速度越快时间越慢，这是相对论中的一条推论！速度可以描述物体运
动的快慢，但是速度本身就是相对的，是不确定的。光速不变原理，其实也暗示了“同时的相对性”，也就是说，同一个事件，在不同的参照系里有
可能不是同时发生的。以太论认为，对于任何运动，都必须有一个参照系，速度才有意义，如果没有参考系，速度是没有意义的。牛顿运动定律也是
以绝对时空观为背景提出来的，在牛顿力学体系里，空间与时间是独立的存在，两者没有任何关系。因此，同时的相对性，只是一个观察效应，因为
同一个事件在不同的参照系里，所观察到的时间有可能是不同的，因为光速是有限的，但不能说同一个事件不是同时发生的。时空弯曲相对论认为，
时空不是平坦的，而是会因为物体的存在而产生弯曲，这种弯曲会导致物体沿着一条曲线运动，这就是所谓的“引力透镜效应”。以太论认为，时间
、空间、物质三者之间没有关系，时间是抽象的，独立于空间和物质之外，空间是物质存在的场所，与物质是否存在无关。所谓的“四维时空”，在
实验上是无法验证的。引力场相对论承认引力场的存在，其引力场方程可表示为：。这是一个二阶张量方程， Rμv为里奇张量表示了空间的弯曲
状况,Tμv为能量-动量张量，表示了物质分布和运动状况。gμv为度规，其意义为：空间物质的能量-动量分布=空间的弯曲状况。以太论也
承认引力场的存在，其引力场的强度可表示为，与牛顿定理唯一不同的是：天体的质量不是固定不变的，而是随着距离的增加而增加。也就是说，引
力的强度除与天体的质量有关外，还与天体周围的以太密度有关。以太论认为，引力场是物质的质量属性，是与生俱有的，不存在传播速度的问题，
或者说，传播速度无限大。以太论可以解释暗物质的存在，所谓的暗物质实际上是由于以太的密度分布不均所产生的质量效应，但相对论对暗物质却
无法解释。质能方程相对论提出了著名的质能方程：E= mc2，其物理意义是：质量和能量是等价的，是可以相互转化的。以太论认为质能方程
应该表示为：?E= ?mc2，其物理意义为：当物体在以太中运动时，在物体的运动方向上会产生激波，其激波的相对质量为?m，激波的能量
为 ?mc2，其中，c是以太中的波速。下面我们看看质能方程是如何推导出来的：根据洛仑兹变换和牛顿第二运动定律可得：物体在速度为v时
所具有的动能： 。于是，就能得到质能方程：Ek= ?mc2。可以看出：能量就是对物体运动的描述，没有运动就没有能量。 m0c2只
是数学推导过程中的一个项，并没有物理意义，更不代表物体的静止能量。从质能方程的推导过程可以看出：除洛仑兹变换外，其他的过程都是经典
理论，并没有不符合经典物理的地方，所谓的能量就是物体运动产生的，没有物体的运动就没有能量。问题的关键是动质量是从哪里来的，不把这个
问题说明白，就谈不上质量和能量是等价的。运动物体的惯性质量增加是实验事实，但不同的理论有不同的解读。由于主流不承认以太的存在，把动
质量解读为能量，但这有悖于我们的常识：能量是不可能有惯性质量的，而且谁也无法证明能量有惯性质量！如果我们承认以太的存在，就可以把运
动质量解读为附加在运动物体上的激波质量！可见，质量与能量并不是等价的，因为它违反了我们对能量和质量的定义，如果承认以太的存在，物体
运动时所增加的质量就是激波的相对质量，完全可以用经典理论解释，而且质能公式Ek= ?mc2也是正确的，因为激波近似于阶梯波。引力波
相对论认为，引力波是指时空弯曲中的涟漪，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，或者说，引力波是物质和能量的
剧烈运动和变化所产生的一种物质波。引力波的存在是广义相对论洛伦兹不变性的结果，因为它引入了相互作用的传播速度有限的概念。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的相互作用传播是速度无限的。以太论认为，引力波属于电磁波，是以太介质中的
波动，是宇宙中的天体碰撞所产生的并通过以太传播到地球上的“声音”，其证据就是引力波的波速与电磁波的波速相等，如果引力波不是电磁波，
二者的传播速度不会完全相等。引力波属于低频的电磁波，相当于空气中的次声波。引力波既然是波，它就必须有传播它的介质，没有介质还能称为
波吗？相对论认为引力波是通过空间的伸缩传播的，但空间连物质都不是，它能作为介质吗？空间能伸缩吗？物理现象解释的比较光速不变光速不变
是相对论的基本假设，与参考系无关，介质相对观察者的运动不影响光速，迈克尔逊-莫雷实验就是最直接的证明。以太论也认为，光速是不变的，
但参考系必须是介质参考系，也就是说，介质相对观察者的运动会影响光速，萨格纳克效应就是最直接的证据。这两个实验都是历史上的著名实验，
但是，迈克尔逊-莫雷实验的前提假设是地球表面相对以太以30 km/s的速度运动，如果这个前提假设不成立，或者说，如果以太相对地球表
面是静止的，那么，这个实验就不能证明光速与介质的运动无关。迈克尔逊实验的前提假设为什么迈克尔逊会假设地球表面相对以太以30 km/
s的速度运动呢？主要有两个原因：以太的拖曳实验1818年菲涅尔提出“部分曳引假说”，即真空中的以太是绝对静止的，透明物体运动时，光
可以部分地被这一透明物体曳引：曳引系数k= 1-1/n2 ，其中n为透明物体的折射率。1845年，斯托克斯对菲涅耳的假设表示异议，
他认为菲涅耳的理论建立在一切物体对以太都是透明的基础之上，因而是不能容许的。他提出：在地球表面，以太与地球有相同的速度，即地球完全
曳引以太。只有在离开地球表面某一高度的地方，才可以认为以太是静止的。他认为把以太分成不动和可动的两部分不如假设物体能够完全拖曳以太
，在物体表面附近有一速度逐渐减慢的区域，在空间中以太完全静止。1851年斐索做了一个重要的实验——比较正反流水中的光速，有力地证实
了菲涅尔的部分曳引假说，从而使这一假说成了以太理论的重要支柱。1892 年，洛奇做了一个钢盘转动实验，以试验以太的漂移。实验的结果
表明：物体表面连半英寸的以太都不能拖动。从斐索和洛奇的这两个实验可以看出：根据菲涅尔的部分曳引假说，由于空气的折射率很小，它对以太
的拖曳可以忽略，而洛奇的实验更证明了物体不能拖曳以太，因此，斯托克斯的完全曳引假说被枪毙了。光行差实验光行差是指运动的观测者观察到
光的方向与同一时间同一地点静止的观测者观察到的方向有偏差的现象。如果假设地球拖着以太运动，就好比你拖动你周围的空气和云彩一起运动，
那你往前跑的话，雨滴也会跟着跑，你就会感觉雨滴在你跑的时候仍然是垂直落在你头上的，不会变成“斜前方”过来的。在光学上看来，光行差就
是你看到的物体的位置也变成你的“斜前方”了。把光与雨滴比较后，理所当然地认为，以太与地球表面的速度差为30 km/s。实验结果分析
斐索实验斐索实验的结论是正确的，它是物质内部的以太拖曳实验，由于空气的折射率很小，因此，空气对以太的拖曳虽然是很小的，但是，是不能
忽略的，因为空气对以太的拖曳是长期的、大范围的，从地球形成以来，空气就开始对以太进行拖曳，空气与以太的同步不是一天能够完成的，但在
足够长的时间内必然可以完全同步。洛奇实验物体对以太的拖曳可分为三类，分别是内部拖曳、表面拖曳和引力拖曳。内部拖曳与物体的密度有关，
表面拖曳与流体的粘度有关，引力拖曳与物体的质量有关。洛奇实验属于表面拖曳，由于以太的粘度比空气还小，因此，物体表面对以太的拖曳程度
很小，与物体表面的粗糙程度有关，估计在10-5 m量级，半英寸的距离实在太大了。如果地球上没有空气，地球表面对以太的拖曳范围也会很
小。另外，地球轨道运动对以太的拖曳属于引力拖曳，是对以太大范围的拖曳，洛奇钢盘的质量与地球不在一个数量级。光行差实验光行差的形成与
雨滴的运动是两个过程不同的现象，二者是无法直接比较的：观察的地点不同。我们可以直接观察雨滴的轨迹，但我们并不是观察光的运动轨迹，而
是观察发光点。由于光的传播需要时间，观察者观察到的光是原来发出的，所观察到的发光点是原来的位置，与当时的位置会出现一定的偏差。观察
的方式不同。对雨滴的观察需要不了几分钟，也不需要知道雨滴的来源，但对光行差的观察需要一年以上，而且需要知道发光点的实际位置。观察的
坐标系不同。观察雨滴用的是观察者自身的坐标系，但对光行差的观察则必须使用天球坐标系。地球运动对以太拖曳的距离只是占光传播距离的很小
一部分，也就是说，光的传播路径在绝大部分的时间里，其介质是相对地球运动的。对雨滴的观察与时间无关，但对光行差的观察却与时间相关，图
1是布拉德利对一颗名叫γ-Draconis的二等星的观察结果。图1.布拉德利对γ-Draconis的观察结果总之，虽然雨滴的运动与
光行差在原理上有相同之处，但二者的外部条件并不相同，不能直接类比。也就是说，光行差与雨滴运动相类比时，必须考虑地球附近的以太随着地
球一起运动，或者说，即使地球附近的以太与地球一起运动，也可以观察到光行差。小结可以看出：光速是否可变，关键是以太相对地球表面是否运
动，如果以太相对地球表面是静止的，光速肯定是可变的。到目前为止，没有任何实验证明地球表面的以太相对空气是运动的，或者说，假设地球表
面的以太相对空气是静止的，可以自洽地解释任何实验，或者说，斯托克斯的假设是部分正确的。钟慢和尺缩效应钟慢和尺缩效应是在光速不变假设
下的两个推论：在运动参考系上的时钟要比静止参考系上的时钟走得慢，沿运动方向测量它的长度，要比静止参考系中测得的长度短一些。但是，这
两个推论都无法直接验证，因为两个参考系是无法直接比较的。如果光速不变是错误的，这两个推论也肯定是错误的，在以太论中没有类似的内容，
其时间与距离基于如下两个假设：第一，两个事件发生的时间间隔与测量时间所用的钟的运动状态没有关系；第二，两点的空间距离与测量距离所用
的尺的运动状态无关。相对论是如何证明钟慢效应的呢？是利用半衰期为2.2微秒的μ子。相对论认为，我们平时所使用的时钟只是一种用于记录
时间的刻度工具，并不代表真实的时间，要测量时间的快慢，你需要一只真正的时钟，一只能够反应出完全确定的时间的时钟，这种时钟就是放射性
衰变时钟，因为放射性物质的半衰期是一个确定的时间标尺。μ子是宇宙中的π介子衰变时产生，它在生成的2.2微秒后便会衰变成一粒电子、反
电子中微子和渺子中微子。当μ子相对地球运动时，它的衰变时间就会延长，从而证明了相对论的钟慢效应。但是，μ子衰变的机制是什么？或者说
，它为什么衰变？μ子的寿命与运动速度相关就能证明钟慢效应吗？如果人的寿命与环境或物质条件相关能证明什么？多普勒效应多普勒效应是指当
波源或观察者相对运动时，观察者所接收的频率变化的现象。以太论的解释以太论认为，无论是声波还是光波，其多普勒效应的原理是完全一样的，
当观察者相对介质静止，波源运动时，其波速c不变。如果波源以速度v向观察者移动，波长会被压缩，观察者所接收到的波长为 λ’= λ-v
T，由于λf= c，f=1/T，所接收到的频率为 f’= c/λ’= fc/(c-v)，其中，λ和f是波源静止时的波长和频率。当波
源相对介质静止，观察者以速度v向波源运动时，观察者会认为波速变为c+v，由于介质中的频率和波长没有变化，根据频率的定义（1秒内连续
通过接收者的完整波的个数），可以得出：1s内波传播了cx1，同时观察者在1s内向前移动了vx1。所以波在1s内相对于观察者的传播距
离就是这两段距离之和，因此，接收者所接收到的频率： f’= f(c+v)/c，波长不变仍然为λ。可以看出：波源相对介质运动与观察者
相对介质运动，其结果并不是相同的，当波源相对于介质以波速向观察者运动时，会出现音爆，但观察者以波速向波源运动时，其频率仅仅升高1倍
。相对论的解释相对论认为，光的多普勒效应与声音具有本质的区别，光的多普勒效应与参考系无关，不论是光源运动还是观察者运动，其效果是一
样的。当光源相对观察者以速度v运动时，假设光源的周期为T，频率为f，波长为λ，根据时间鼓胀理论，观察者所接收到的光波的周期为，波长
为，频率为，但。两种解释的比较可以看出：两种观点的推导结果并不相同，在以太论的推导过程中，每一步都有明确的物理意义，但相对论是基于
未经证实的光速不变和完全数学化的洛仑兹变换，在推导的过程中，其物理意义也不太明确。在相对论中，还存在一个悖论：当光源运动时，其时间
变慢，光的频率也会红移，而无论光源的运动方向，但实际上，光的频率变化是与光源的运动方向相关的。哪种理论更符合事实呢？要想证明是非常
困难的，例如：频率为10 GHz的波源以1000 m/s的速度运动时，计算所接收到的频率差，如果以声波中的多普勒公式所计算的结果是
：= 33356.52 Hz，如果以光波中的多普勒公式所计算的结果是：= 33356.47 Hz，前面的5位数都是一样的，现代的技
术水平还不能分辨出谁对谁错。随着技术的发展，真相总有大白的时候，相信光波的多普勒效应的原理与声波完全一样，计算方法也应该是完全一样
的。萨格纳克效应萨格纳克效应是指萨格纳克发明的一种可以旋转的环形干涉仪。将同一光源发出的一束光分解为两束，让它们在同一个环路内沿相
反方向循行一周后会合，然后在屏幕上产生干涉，当在环路平面内有旋转角速度时，屏幕上的干涉条纹将会发生移动，其条纹移动数与干涉仪的角速
度和环路所围面积之积成正比。相对论的解释由于匀速圆周运动不属于惯性系，因此，必须先找出惯性系与非惯性系之间的坐标变换，再根据二阶协
变张量变换律求出非惯性系的度规分量。在共动坐标系下，其线元可表示为，当干涉仪做匀速圆周运动时，，于是光的传播方程成为，解这个方程可
得：。由于光走一圈方位角坐标变化为2π，因此，顺行光所需时间为，逆行光所需要的时间为，二者的差值为。以太论的解释以太论认为，当观察
者相对以太运动时，光速是可变的，其值是波速与介质速度的线性叠加，当光的传播方向与介质的运动方向相同时，光的传播速度为c+V，相反时
为c-V。对于萨格纳克环形干涉仪，顺行光所需要的时间为t1= 2πr/(c-ωr)，逆行光所需要的时间为t2= 2πr/(c+ωr
)，二者的时间差为?t= 4πωr2/(c2-ω2r2)。两种解释的比较从两种理论的解释可以看出：二者所得出的结果完全相同，而且得
到了实验的验证。但以太论是自洽的、也简单得多，而相对论并不自洽，因为相对论认为光速在任何条件下都是不变的，与参考系无关。但是，声波
也存在与光波一样的萨格纳克效应，相对论又该如何解释？中日双向时间传递实验也证明：光速是可变的，因为在地球的大气层以外，以太相对地球
表面是运动的，也就是说，观察者相对介质是运动的，因此，从中国向日本发送的电磁波所需要的时间，比从日本向中国发送所需的时间长。这个实
验是在中国西安和日本东京两地进行的，由于路径完全相同，两地又是相对静止的，是在同一个参考系中，光速可变是相对论无法否认的。引力红移
现象引力红移的定义为：在引力场中物体发射的电磁波波长变长的现象，也就是说，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，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。相对论的解释相对论认为，在引力场强度大的地方，时间走得慢，红移与钟慢效应是等效的。但是，钟慢效应与红移等效吗？当光源运动时，
也会产生钟慢效应，但光一定是红移吗？这种解释还没有牛顿引力理论的解释更令人信服：大质量的天体发出来的光谱，会因为引力的作用，失去部
分能量，致使其频率降低，从而产生引力红移。光没有钟慢效应，对光来说时间不存在。光从某处飞到某处，花了多少光年，这光年是以你的时间为
计量的，不是以光的时间来计量。光是独立的存在，它不是个系统，时间对系统才有意义。以太论的解释以太论认为，引力红移是光源产生的，光在
传播过程中引力并不产生红移！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，哪里还存在传播过程中的引力红移？例如：假设在
地球的引力环境下，氢原子的Ha线的波长为656.2800 nm，如果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，在传播过程还存在红移吗？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？结论是光在传播过程中引力红移不存在。如果传播过程中引力红移存在，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
间接证明了传播过程中引力红移并不存在。水星的进动问题的产生1859年,天文学家勒维利埃发现：水星近日点进动的观测值为每百年5600
角秒,扣除5025角秒的世纪岁差后，还剩575角秒。问题是：这575角秒的进动是如何产生的。相对论的解释相对论并不能独立解释水星的
进动，因为根据相对论，时空的弯曲对水星的进动的影响只有43角秒，但观测值却是每百年5600角秒的进动。在相对论中，观测值是这样分配
的：5600（观测值）= 5025（岁差值）+ 532（行星的影响）+ 43（时空弯曲）。对于岁差值，没有人提出异议，但对于行星的
影响，很多人就有不同的看法。例如，美国天文学家纽科姆是采用近似的同心圆环模型计算方法，在计算过程中有四个假设：第一，水星及七大行星
的轨道都在黄道面上，倾角皆为零，第二，假定七大行星的轨道都是以太阳为圆心的同心圆环，第三，他们将各行星的质量粉碎，均匀分布在各自的
圆环上，第四，认为水星任转一周，受到的摄动都相等，最后计算出的数值是532角秒，可以看出，纽科姆所得到的数据是非常粗糙的。中国科学
院地质与地球物理研究所的汤克云研究员认为：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，并在《金星对水星的摄动肯定为负
》一文中说明了原因。?如果汤克云研究员的观点是正确的，相对论中的时空弯曲就是一个笑谈。星体的进动会受到多种因素的影响，例如，太阳大
气、太阳风粒子、潮汐力等，中国物理学之父吴大猷先生也表示了质疑：这些校正总值达5100角秒之巨，剩余43角秒不及总值的百分之一。以
太论的解释以太论认为，水星每百年有574.6角秒（除去岁差）的正向进动，很可能是以太起主导作用。在以太论中，观测值是这样分配的：5
600（观测值）= 5025（岁差值）- 600（行星的影响）+ 1175（轨道的衰减）。行星的影响我们知道：由于万有引力的存在，
任何有质量的物体之间都会产生相互作用。物质对行星的轨道影响分为进动和退动，当物质处于行星轨道的内部运动时，行星表现为进动，这也是天
文学家勒维利埃在水星轨道内寻找行星的原因，当物质处于行星轨道的外部运动时，行星表现为退动。由于水星处于最内层的轨道，其他行星对它的
影响只能是退动不可能是进动。轨道的衰减轨道衰减指飞行器在阻力的作用下产生的轨道衰降。例如，高层大气的阻力是一种耗散力，会导致近地卫
星的势能损失，一部分导致卫星动能的增加，另一部分在大气阻力下耗散，结果是导致卫星的轨道缓慢衰降。以太论认为，水星的进动属于轨道的衰
减。由于水星的运动是椭圆，存在切向运动和径向运动，但水星的径向运动不能有效引导以太绕太阳运动，这必然会导致水星与以太的运动不同步，
在近日点水星的速度比以太的速度大。在以太的阻碍下，水星会出现轨道衰减，也就是说，水星运动到近日点时，在以太的阻碍下向太阳靠近，从而
导致近日点的距离减小，其结果就是轨道周期减少，这才是水星进动的主要原因。水星的进动量与相对以太的速度有关，但这种阻力所引起的进动很
难计算，本人没有计算能力。如果水星的轨道是圆形的，水星的这种进动就会很小。水星的运动轨迹实际上是水星向太阳的旋进，不但存在以太的阻
碍，还有太阳高层大气、太阳风粒子等，其结果就是轨道角动量会逐渐减少。这种例子在宇宙中很常见，当一个双星系统椭圆运动时，随着互绕速度
的增加，以太以及各种其他粒子的阻碍作用也会越来越明显，而且离心率越大，效果越明显。光的弯曲早在1704年，持有光微粒说的牛顿就提出
：大质量物体可能会像弯曲其他有质量粒子的轨迹一样,使光线发生弯曲。一个世纪后法国天体力学家拉普拉斯独立地提出了类似的看法。1804
年德国慕尼黑天文台的索德纳根据牛顿力学，把光微粒当做有质量的粒子，预言了光线经过太阳边缘时会发生0.875角秒的偏折。1911年，
爱因斯坦才开始在他的广义相对论框架里计算太阳对光线的弯曲，当时他算出日食时太阳边缘的星光将会偏折0.87角秒，1912年爱因斯坦认
为空间是弯曲的，到1915年爱因斯坦把太阳边缘星光的偏折度修正为1.74角秒。牛顿力学的计算在牛顿力学中，由于光会像弯曲其他有质量
粒子的轨迹一样,使光线发生弯曲。如图1所示，A点代表光源，B点代表观察者，C点代表太阳表面与光线的交叉点，β表示偏折角。假设太阳的
质量为M，光子的质量为m，太阳半径为R，根据牛顿第二定律，将太阳看作是一个质点，不考虑太阳质量的分布，光子受到太阳引力而产生的加速
度a在垂直于光线运动方向上的分量为：，其中，x是光子与C点的距离。由于光子在垂直方向上的速度改变量，光线从A处穿过太阳表面后，再飞
行到B处，由于β角很小，光线在垂直方向上的速度改变量可以表示为：，其偏转角β= sinβ= v/c= 2GM/c2R= 0.87角
秒。图2.粒子经过引力场时的偏折相对论的计算在牛顿力学中，由于光子没有质量，其计算过程存在一定的不合理性，但它有物理过程，而且引力
场中的加速度与粒子的质量无关。但在广义相对论中，时空的弯曲让人无法理解，也不知道为什么光会沿着测地线运动，更不知道是什么物理机制，
而且求解爱因斯坦场方程的过程到现在也让人脑袋涨大，但爱因斯坦给出了计算公式：β= 4GM/c2R= 1.74″。为什么运用牛顿力学
计算的偏折角较小呢？其可能原因有：在太阳附近，能够引起光线偏折的原因有多种，除引力外，还有太阳大气等因素。以太论的计算以太论认为，
光是以太中的波，它不会受到引力的影响，但光的介质密度却与引力的强度有关。光在密度均匀且温度相同的介质中，是沿直线传播的，但如果介质
的密度或温度发生变化，光的传播就不会保持直线。在同一种介质中，波的速度与介质的温度有关，例如：空气中的波速可表示为：，以太中的波速
可表示为：。当介质中的波速不同时，波将会向着波速低的介质方向偏转。如果介质中的波速相同，波将会向着密度高的介质方向偏转。在大质量天
体的附近，由于以太对电磁波是透明的，因此它的温度变化不大，其波速的变化可以忽略，但它的密度存在一定程度的变化，越靠近天体，其密度变
化的梯度就越大，光线向以太密度大的方向偏折程度也就越大。近百年来，由于主流否定了以太的存在，没有人研究以太的密度变化与光的偏折角度
之间的关系，光线在太阳附近的偏折角度也无法计算。但如果已知太阳表面的偏折角，可以推导出以太的密度梯度与光的偏折角度之间的关系。星体
表面的任何气体的密度都可表示为：，其中，M是星体的质量，m是气体粒子的质量，由于以太粒子的质量很小，表达式可以简化为，以太密度的梯
度可表示为。图3.光经过太阳表面时的路径如图3所示，P是光路上的任意一点，A点在太阳的表面， PA= x，PO= r，θ=∠POA
，光沿x方向传播，β是光线经过太阳表面后的偏折角。在光路上的任意一点，在光的传播方向上，以太密度的梯度可表示为：，假设光线的偏折角
可表示为：，其中，B是常数，其物理意义是：光的偏折角与以太密度的梯度成正比，B是比例系数。则光的总偏折角：，与比较可得：，已知T=
2.725 K，ρ0= 1.257x10-6 kg/m3，m= 6.97x10-40 kg，代入可得：B= 9.55x105 m
3rad/kg。原子钟飞行试验1971年哈费尔与吉丁所作的铯原子钟绕地球飞行试验中，将一只铯原子钟放在地球赤道，另四只分别放在赤道
上空的喷气飞机上，绕地球飞行一周后比较结果为：?τ (飞行原子钟读数减去地面钟读数，以 10?9 秒为单位)向东航行向西航行 实
验 值原子钟编号120361408447?57?74?55?51+277+284+266+266平均值?59 ± 10+273 ±
7相对论的解释相对论把原子钟的计时变化解释为时间的变化，分为引力效应和运动效应，根据这两种效应计算的结果是：向东航行向西航行引力
效应144 ± 14179 ± 18运动学效应? 184 ± 1896 ± 10总的净效应?40 ± 25275 ± 21但在计算
的过程中，必须取地心为参考系，否则，结果就不正确。以太论的解释以太论认为，原子钟的计时变化与时间是完全不同的概念，原子钟只是计时工
具，它的准确性与环境有关，原子钟的计时变化并不能说明时间发生了变化，因为时间与运动状态无关。如果相对论是正确的，必须满足下面两个条
件：必须证明原子钟是绝对准确的，与环境无关；必须确定地心参照系是宇宙中的优势参照系。终极对决实验理论是否正确，最终必须依靠实验判定
。如图4所示，在一列火车的头尾各放置一个光钟，列车的中间位置是时间比较器。实验的目的是证明光速是否可变，如果光速是可变的，相对论就
没有了根基。实验过程：首先，两个同型号的光钟所处的环境需要一致，当火车相对地面静止时，使两个光钟同步。当火车开动后，观察两个光钟是
否仍然同步，如果同步，证明光速不变，如果不同步，证明光速是可变的。图4.光速不变实验原理说明光与声一样，都是介质中的波，光必须依靠
以太传播，由于以太是相对于地面是静止的，当火车相对地面运动时，虽然火车能部分拖曳以太，但并不是完全拖曳，以太介质仍然相对观察者运动
。由于观察者观察到的波速与相对介质的速度是线性叠加的，因此，观察者认为波速是可变的，也就是说，从光钟1到达比较仪的时间与光钟2是不相同的。在实验过程中，会出现如下现象：当火车停止时，两个光钟的时间一样，但只要火车运动，两个钟的时间就存在一定的差别，而且向哪个钟的方向运动，那个钟就快，火车的速度越快，钟也越快，只要火车一停，两个钟就一致。理论预测假设火车的长度为L= 400米，光钟与比较器间的信号传送使用光纤，由于光纤传播的速度为V= 0.6c，如果火车的速度v=100 m/s，则两个光钟发出的信号到达比较器的时间差为?t= Lv/(V2-v2)= 1.24x10-12 s。误差分析误差的来源主要是火车和光纤对以太的拖曳程度，物体对以太的拖曳，近百年来还没有人进行测量，但在这个实验中，可以测量出来，其方法是：光钟与比较器之间的信号传输采用不同的方案。采用火车外部的裸体光纤传输；采用火车外部的空间传输；采用火车内部的裸体光纤传输；采用火车内部的空间传输；采用火车内部的铠装光缆传输。采用不同的传输方案，会得到不同的时间差，从而可以计算出物体对以太的拖曳系数。方案的可行性本方案的技术难点在于时钟的比较。目前，时间的测量精度已经步入10的负19次方量级，潘建伟及其团队已经实现了百公里级的自由空间高精度时间频率传递实验，时间传递稳定度达到10的负15量级。因此，10的负12次方量级的实验应该没有问题。结论相对论主要有三个内容，一是质能关系，认为质能等价，二是光速不变，钟慢尺缩就是它的推论，三是关于引力，其结果就是时空弯曲。以太论认为，质和能是完全不同的概念，二者是不能混淆的，质能方程只能表述为?E= ?mc2，其中?m表示以太中激波的质量。关于光速不变，它只能是一个假设，没有任何实验可以证明当观察者相对介质运动时光速是不变的，反而是萨格纳克效应证明光速是可变的。关于引力，相对论对牛顿引力产生机理的解释比牛顿没有任何的进步，根本没有回答万有引力存在的原因，也没有给出任何引力成因的有效启示，相对论解释不出引力的物理意义，它只是一种对引力没有物理意义的数学描述。任意两个天体在任何时空中，所具有的万有引力都只与它们自身所具有的质量及它们之间的距离有关，而非时间空间的作用，因为满足同样质量、距离的两个天体，在任何时空中，都是满足相同的万有引力规律的。也就是说，宇宙时空不会对宇宙物质产生干扰和影响，对物质产生干扰、影响的只能是物质。宇宙时空不具有弯曲的功能特性，宇宙时空是恒常不变的，宇宙中变化是物质，时空中的主角是物质，而不是时空本身。一个理论是否正确，最基本的要求是：理论不能存在逻辑矛盾和漏洞，所有理论的逻辑链条都必须完整自洽，都必须满足逻辑一致性要求，不能出现悖论，而且理论不能脱离客观现实。漯河 张景伦，邮箱：lh_zjl@163.com |
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