第三时空理论与平直时空中的引力和宇宙学

本书提出第三时空理论，试图替代现有的爱因斯坦理论体系，彻底解决物理学的困难。 

众所周知，21世纪物理学又出现严重危机，预示着物理学的基础面临新的一轮变革。本书详细分析了当前物理学时空、引力和宇宙学理论中存在的基本问题，提出一套完整解决方案，试图替代现有的爱因斯坦理论体系，彻底解决物理学的困难。
　　本书证明，宏观和微观相互作用过程实际上都没有洛伦兹变换不变性。通过放弃运动相对性原理、保留光速不变原理、引入*静止参考系和非惯性相互作用，本书建立了第三种时空理论。它与实际物理过程更相符，能为现代物理学和宇宙学提供更合理的基础。
　　本书证明广义相对性原理不成立，引力的几何化描述不可能。所谓的奇异性黑洞由引力的弯曲时空描述方式引起，与自然本性无关。将爱因斯坦引力场方程施瓦西解的测地线方程变换到平直时空中描述，得到与速度有关的修正的牛顿引力公式。在平直时空的基础上重建引力理论，同样可以解释广义相对论的所有实验，还能用来处理许多爱因斯坦引力理论无能为力的问题。
　　采用本书的引力理论，直接利用多普勒红移公式，就能很好地解释Ia超新星高红移。宇宙学就不需要暗能量、非重子暗物质和加速膨胀的假设，天体物理学中的许多困难问题也随之迎刃而解。书中还讨论了漩涡星系暗物质的起源和类星体的本质问题。

梅晓春，男，1953年生，现任福州原创物理研究所所长。长期在国内高校和研究所从事教学和物理学基础研究，范围涉及量子力学，量子场论，粒子物理学，非线性物理学，热力学与统计物理学，时空、引力理论与宇宙论等，在国内外物理学专业刊物上发表过许多重要论文。建立第三时空理论，在平直时空中重建引力与宇宙学理论，试图全面取代爱因斯坦理论体系，彻底解决当前天体物理学和宇宙学中出现的许多基本问题。证明微观束缚态电磁推迟相互作用过程和量子场论高阶微扰重整化过程破坏时间反演对称性，重新构造量子场论的CPT变换理论，为非平衡统计物理学奠定微观基础，使平衡与非平衡统计物理学的描述达到统一。提出量子力学的位形空间全同多粒子系综解释，还原微观世界的本来面目。

序一　一个理论物理学家的探索与思考
序二　一本关于时空新理论的专著
自序　我与相对论的四十年搏斗史–从一个崇拜者到一个改造者的历程

上篇　第三时空理论
第一章　建立第三时空理论的必要性和可能性
1.1　宇宙学观察与相对论性原理之间的矛盾
1.2　微观相互作用理论没有洛伦兹变换不变性
1.3　经典电磁理论的协变性变换存在的问题
1.4　时空的相对性与事件的绝对性不相容
1.5　运动相对性原理的超验性
1.6　时空理论中引入加速过程的必要性
1.7　度量尺度可变的绝对时空理论
1.8　物理学规律的不变性与运动方程形式的可变性
1.9　绝对空间与绝对运动探测实验
第二章　微观粒子相互作用理论没有洛伦兹变换不变性的证明
2.1　相空间因子d3p/E没有洛伦兹变换不变性
2.2　旋量场运动方程和电磁相互作用哈密顿量的洛伦兹变换
2.3　场算符对易关系和传播函数的洛伦兹变换
2.4　低阶过程跃迁几率振幅的洛伦兹变换
2.5　束缚态粒子相互作用过程的洛伦兹变换
2.6　量子场论高阶微扰重整化过程的洛伦兹变换
2.7　讨论
第三章　狭义相对论动力学方程没有洛伦兹变换不变性的证明
3.1　物理量协变性定义存在的问题
3.2　狭义相对论动力学方程的洛伦兹变换
3.3　相对性原理与光速不变原理的相容性问题
3.4　牛顿力学运动方程的伽利略坐标变换
第四章　经典电磁理论没有洛伦兹变换不变性的证明
4.1　电磁场及其运动方程的相对论变换
4.2　四维电流密度协变公式的推导和存在的问题
4.3　电磁场的相对论变换导致的问题
4.4　运动电荷产生的磁场的绝对性
4.5　电磁场和洛伦兹力的直接洛伦兹变换
4.6　介质中电磁场的相对论变换
4.7　电磁现象具有绝对性的实例
4.8　单个带点粒子推迟电磁场的洛伦兹变换
4.9　单个带电粒子推迟电磁场和宏观电磁场的关系
第五章　狭义相对论逻辑系统存在的基本问题
5.1　同时的相对性不可能成立的证明
5.2　时空佯谬问题
5.3　相对运动速率V ′=V与光速不变的相容性问题
第六章　由加速过程产生的运动速度和运动质量具有绝对性
6.1　由加速过程产生的运动速度和运动质量的绝对性
6.2　引入不等价惯性参考系概念的必要性
第七章　度量尺度可变的绝对时空理论
7.1　不等价惯性系间光速不变与洛伦兹收缩的绝对性
7.2　等价惯性系之间洛伦兹收缩的表观相对性
7.3　存在绝对静止参考系的必要性和可能性
7.4　超光速运动的可能性问题
第八章　度量尺度可变的绝对时空中的动力学
8.1　绝对静止参考系的运动质量、能量动量和运动方程
8.2　地球惯性参考系的运动质量、能量动量和运动方程
8.3　不等价惯性参考系间三维力的变换
8.4　力矩平衡佯谬的消除
8.5　质能关系
第九章　度量尺度可变的绝对时空中的电磁场方程
9.1　不等价惯性参考系间电磁场方程的变换
9.2　地球参考系与绝对静止参考系间电磁场方程的变换
第十章　绝对空间与绝对运动探测实验
10.1　迈克尔逊干涉实验的绝对性解释
10.2　萨格纳克效应的绝对运动解释
10.3　绝对静止参考系中的多普勒频移
上篇参考文献

中篇　平直时空中的引力理论
第十一章　引力理论几何化描述的不可能性
11.1　广义相对性原理不可能成立
11.2　广义相对论实验必须采用标准尺和标准钟重新计算
11.3　奇异性黑洞不可能存在
11.4　广义相对论关于星体崩坍的计算存在的问题
11.5　弯曲时空引力理论的能量和角动量守恒问题
11.6　在平直时空中重建引力理论
11.7　朱永焕切向涡旋引力实验
第十二章　广义相对性原理不可能成立的证明
12.1　引力和惯性力局部不等价
12.2　静止在转盘上所受合力为零引力场时空不可能弯曲
12.3　强等价原理不可能成立
12.4　光谱引力红移的物理本质
12.5　引力场中时间延缓的本质
12.6　等效原理产生的不一致性问题
第十三章　广义相对论实验必须采用标准尺和标准钟重新计算
13.1　采用标准尺和标准钟的必要性
13.2　球对称引力场施瓦西度规的坐标变换
13.3　对广义相对论实验的重新计算
第十四章　密度均匀空心球和实心球内部引力场方程的精确解
–奇异性黑洞不可能存在的证明
14.1　前言
14.2　球对称引力场方程的施瓦西内部解
14.3　均匀空心球体内部引力场方程的严格解
14.4　空心球度规积分常数的计算
14.5　空心球内部度规的奇异性
14.6　实心球体内部度规的奇异性与黑洞
14.7　奇点定理与黑洞理论合理性问题的讨论
第十五章　密度均匀细圆环和双球体引力场的奇点问题
–奇异性黑洞不可能存在的证明
15.1　细圆环静态质量轴对称分布引力场
15.2　双球体静态质量轴对称分布引力场
15.3　广义相对论与牛顿引力理论的渐近一致问题
15.4　爱因斯坦引力场方程合理性问题的讨论
第十六章　广义相对论关于星体崩塌成黑洞的计算是错误的
–奇异性黑洞不可能存在的证明
16.1　前言
16.2　星体崩塌过程的改进型计算
16.3　罗伯特?奥本海默的计算
16.4　关于随动坐标的讨论
第十七章　广义相对论中角动量的定义和守恒问题
17.1　前言
17.2　王令隽理论简介
17.3　科尔解与施瓦西解的严格变换
17.4　讨论
第十八章　建立在爱因斯坦引力场方程
施瓦西解基础上的牛顿引力修正公式
18.1　施瓦西解描述的测地线方程
18.2　平直时空中修正的牛顿引力公式
18.3　粒子在弯曲时空球对称引力场中的运动
18.4　粒子在平直时空球对称引力场中的运动
18.5　光子在弯曲时空球对称引力场中的运动
18.6　光子在平直时空球对称引力场中的动力学方程
18.7　引力红移
18.8　宇宙中光的速度和中微子超光速问题
第十九章　建立在平直时空基础上的引力场方程
19.1　前言
19.2　引力运动质量和类磁引力
19.3　平直时空中的引力场方程
19.4　引力推迟力与朱永焕切向涡旋力
19.5　平直时空中描述的引力的其他性质
第二十章　修正的引力公式在天体物理学中的应用
20.1　爱因斯坦理论无法解释的引力现象
20.2　对”先驱者号”反常等现象的解释
20.3　绕地球轨道运动陀螺的进动（GP-B实验）
20.4　旋转中子星的引力场问题
20.5　黑洞吸积问题
中篇参考文献

下篇　平直时空中的宇宙学
第二十一章　宇宙学困难的起源与彻底解决方法
21.1　当前宇宙学困难的起源
21.2　宇宙学困难的彻底解决方法
21.3　涡旋星系暗物质问题的消除
21.4　类星体红移的本质和星系的晚期演化
第二十二章　罗伯逊-沃克度规存在的问题
22.1　度规红移与多普勒红移不相容
22.2　度规红移公式不可能描述非匀速膨胀的宇宙
22.3　R（t）随时间变化时罗伯逊-沃克度规没有常数曲率
22.4　罗伯逊-沃克度规不满足光速不变原理
22.5　计算Ia超新星红移的公式存在的其他问题
第二十三章　弗里德曼宇宙学方程需要修正
23.1　从牛顿引力方程导出弗里德曼方程
23.2　随动坐标与动态能量动量张量
23.3　采用动态能量动量张量的宇宙学运动方程
第二十四章　宇宙暴涨理论不可能成立的证明
24.1　早期宇宙的运动方程
24.2　宇宙初始条件参数的计算和运动方程的平衡
24.3　宇宙年龄的计算
24.4　视界和平坦性疑难问题的消除
第二十五章　宇宙膨胀的速度和加速度
25.1　描述宇宙膨胀的参考系
25.2　宇宙膨胀的速度和加速度
25.3　宇宙膨胀的初始条件
第二十六章　宇宙学红移和高红移超新星哈勃图
26.1　宇宙学红移的计算
26.2　Ia超新星红移
第二十七章　修正的宇宙学方程、哈勃常数、暗物质和宇宙年龄
27.1　修正的宇宙学运动方程
27.2　哈勃常数
27.3　非重子暗物质
27.4　宇宙年龄
第二十八章　半径有限薄圆盘引力场的数值计算方法
与涡旋星系的旋转曲线
28.1　前言
28.2　半径有限密度均匀薄圆盘的引力场和旋转曲线
28.3　半径无限密度指数衰减薄圆盘引力场旋转曲线
28.4　半径有限密度指数衰减薄圆盘引力场旋转曲线
28.5　银河系的旋转曲线与暗物质
28.6　非重子暗物质问题的讨论
第二十九章　类星体红移的本质与星系的晚期演化
29.1　类星体红移的本质之争
29.2　类星体是高速旋转的晚期星系
29.3　类星体红移的本质
29.4　类星体的喷流与高能宇宙线
29.5　星系的晚期演化过程
下篇参考文献

实 验 篇
第三十章　绕地球运动卫星上科里奥利力效应检验等价原理的实验
30.1　非惯性参考系的科里奥利力
30.2　绕地球运动卫星的科里奥利力实验
30.3　讨论
第三十一章　带电粒子在电磁场中相对论运动的稳定性分析
与建造无辐射损耗同步回旋加速器的可能性
31.1　前言
31.2　对布鲁埃特实验结果的分析
31.3　带电粒子在均匀电场中的相对论运动
31.4　带电粒子在周期电场中的相对论运动
31.5　带电粒子在均匀磁场中的相对论运动
31.6　带电粒子在向心电力场中的相对论运动
31.7　建造无辐射损耗同步回旋加速器的可能性
31.8　讨论
第三十二章　用卡文迪许扭秤测量切向涡旋力的实验
32.1　朱永焕实验简介
32.2　朱永焕涡旋力性质分析
32.3　朱永焕涡旋力的应用
第三十三章　绝对空间与绝对运动探测实验
33.1　刘振永绝对空间探测实验简介
33.2　实验原理与原理设置
33.3　刘振永实验的解释
第三十四章　带电粒子高速运动时能量和轨道异常实验
34.1　季灏实验简介与评述
34.2　用量热法验证相对论质速关系
34.3　不同能量电子在均匀磁场中运动轨迹的实验
34.4　关于电子洛伦兹力和能量测量的实验
34.5　季灏实验的解释
34.6　讨论和建议
实验篇参考文献

附录与后记
附录一　量子场论中旋量场传播函数洛伦兹变换不变性的证明存在的错误
附录二　同时的相对性不可能成立的进一步讨论
附录三　王力军等”超光速实验”计算存在的问题
附录四　三维平直空间中的二维曲面
后　记 （

自序 我与相对论的四十年搏斗史——从一个崇拜者到一个改造者的历程
　　自从爱因斯坦建立相对论以来，现代物理学取得巨大的成就，但也导致无数疑惑和困难。爱因斯坦相对论体系是一个美女与怪兽混成的复合体，让人爱憎交织。我已与这个物理怪兽争斗了大半生，自信胜负已见分晓。
　　特别是美国《现代物理学》杂志今年6月期发表了我的“微观相互作用过程没有洛伦兹变换不变性的证明”文章后，相信已经尘埃落定。微观过程破坏相对性原理，爱因斯坦狭义相对论就只剩“光速不变”这半壁河山了，与狭义相对性原理一脉相承的广义相对性原理也成了无根之木、无源之水。在此之前，新一代时空、引力和宇宙学理论已经被建立，可以完全取代爱因斯坦体系，成为物理学家新的工作平台。新的工具设计更为合理，使用简单而且更高效，蹩脚的老工具可以放进收藏箱了。
　　回顾从一个崇拜者变成一个改造者的历程，清点一下爱因斯坦理论体系中哪些东西值得保留、哪些东西应当被抛弃，将已经发表和尚未发表的一大堆文章整理成书，以飨读者，已势在必行，于是就有了本书。本书还介绍了国内几位非主流物理学者完成的非常精彩的实验。这些学者们忍辱负重，经过长期艰苦奋斗取得的卓越成就，是中国基础物理学原创性研究的希望所在。
　　……
　　20世纪90年代，我有幸在北大物理系旁听了俞允强教授的“宇宙学”课程。由于受“文革”思潮的影响，我以前一直以为宇宙学是一门伪科学。直到完整地听完这门课，才知道已经可以将宇宙学当作一门科学来研究了。尤其是宇宙学中基本粒子只有三代的证明，给我极其深刻的印象。宇宙学居然可以为粒子物理学指点迷津，真是匪夷所思。还有就是宇宙微波背景辐射给出的曲线与普朗克黑体辐射曲线的符合程度，简直让我胆战心惊。更妙的是从微波背景辐射的不对称性分析中，宇宙学家实际上已经找到绝对静止参考系。
　　……
　　于是仿佛回到了四十年前的起点，曾经从这里出发，最终又回到这里。就像站在埃舍尔画中教堂的尖顶，看那无穷回旋上升的梯阶上，面色凝重、脚步匆匆的僧侣。四十年的含辛茹苦、风雨兼程，被凝缩成“相对性原理不可能”八个字。
　　……
　　爱因斯坦是科学史上的一座高峰，代表了他那个时代的高度。但如果后人只是高山仰止，就未免眼光短浅。现在的情况有点像中世纪后期的西欧，作为基督教神学的哲学基础的亚里士多德学说受到普遍的怀疑。尽管如马克思称道的那样，亚里士多德哲学代表了人类古代社会智慧的顶峰。文艺复兴和新世纪科学启蒙的一个重要特征，就是高举批判亚里士多德哲学的大旗。人们用怀疑和理性的眼光，重新审视一切曾经被当作教条的戒律。对亚里士多德的批判使人类的理性得以充分解放，为牛顿科学理论体系的建立扫清了障碍。
　　同样，爱因斯坦不是不可跨越的，而是应当跨越。就像科学史上的其他曾经辉煌过的理论一样，爱因斯坦体系已经完成了它的历史使命。爱因斯坦的科学遗产需要继承，但目前更重要的是，全面清除爱因斯坦体系带给物理学的负面影响。20世纪爱因斯坦对牛顿体系矫枉过正，21世纪的物理学需要再次回调。物理学需要返璞归真，在某种程度上恢复物理学古典时代的朗月清风。在绝对静止参考系基础上重建整个物理学大厦，这是物理学获得新生的必由之路。这种物理学新思维的浪潮实际上早已经风生水起，其洪流必将势不可挡。任何因循守旧、固步自封，试图阻挡科学进步的人，必将受到历史无情的嘲笑。物理学的光荣历史必将再次被改写，这是二十一世纪物理学家的使命。
　　自20世纪初物理学革命以来，西方世界深受相对主义和非确定论的影响。加上上帝创世论根深蒂固的宗教情结，当前西方科学界正陷入唯心主义星相学的泥塘而不能自拔。反之，中国科学界一直有着崇尚唯物论的传统，因果律和物质不灭观念是深植在骨髓中的。尤其在非主流学者中，为物理学寻找更坚实的逻辑和科学基础的探索一直非常活跃。因此我相信这次幸运之神将降临在中国，将由中国人来完成这个伟大的使命。我真诚地希望学术界有更多的年轻人能看到物理学发展的正确方向，摆脱爱因斯坦体系思维方式的桎梏，投身到这个新事业中来，这才是中华民族在世界科学舞台上重新崛起的希望所在。
　　本书体系庞大，内容繁多，历时弥久。由于大多是原创之作，百密一疏，千虑一失，错误在所难免。欢迎读者批评指正，本人不胜感激。
　　梅晓春