池 顺 良 的 博 客 分享 http://blog.sciencenet.cn/u/池顺良

博文

超导重力仪长序列数据得出引力相互作用传播速度与光速相同

已有 1453 次阅读 2018-8-24 14:18 |个人分类:宇宙学|系统分类:科研笔记| 引力相互作用传播速度, 光速, 超导重力仪, 固体潮理论, 光行差

 

   骆鸣津用超导重力仪长序列数据得出引力相互作用传播速度与光速相同

汉斯出版社的《天文与天体物理》杂志最近刊出了骆鸣津研究员的文章“固体潮观测确定引力相互作用传播速度与光速相同”。

在网站 https://www.hanspub.org/journal/AAS.html上可以阅读或下载文章。

 

十七世纪前人们大多以为光速为无限大。公元1600年前后,伽里略怀疑光可瞬间传播,首次想到用观测确定光的传播速度,但没有成功。1676年,丹麦天文学家罗默由木卫食观测首次测量出光速。之后两百年中,光速被测定得越来越精确。光速c是基本自然常数之一,光速的首次测定是物理学的重大事件。

牛顿发现万有引力之后三百多年,物理学家一直没有测得引力作用的传播速度,至今物理学家对引力相互作用传播或联络速度究竟是无穷大(瞬间完成)还是有限速度(如光速)没有一致看法,物理学家在想尽办法测量引力速度。引力相互作用传播速度的测定,是当前亟待解决的重大科学问题。

目前对引力传播是否需要时间,似乎与400年前对光速的认识相似:有人认为引力可瞬间传播至无限远处;也有人认为引力传播需要时间。这种认识上的分歧,均因引力作用极其微弱且无法屏蔽、传播速度又快,依靠现有技术还不能在实验室中测量出引力速度,引力相互作用的传播速度,仍是没有解决的科学难题。

2002年9月,美国理论物理学家谢尔盖·科佩金(Sergei Kopeikin)和射电天文学家艾德·弗马龙(Ed Fomalont)利用木星掩食射电类星体 J0842+1835 的机会,用美国和欧洲的射电望远镜阵观测了该类星体位置的变化,宣称测得引力场以光速传播的结果(误差20%)。后来,国际主流物理学界认为,科佩金/弗马龙测到的不是引力场速度,而是射电波的速度,他们的观测结果未获承认。

  

    2012年,经滕吉文、李惕培二位院士推荐,《科学通报》发表了“由固体潮发现引力以光速传播的观测证据”。中科院地质与地球物理研究所汤克云团队,根据中国地震局新疆乌什、西藏狮泉河两个台2009年7月22日和8月21日两天的重力固体潮观测数据,在时间域中分析得出引力以光速传播(误差5%)的结果。

    这是中国科学家,如罗默那样在太阳系这个天然实验室中,利用地球物理观测中能够记录到日月引力变化、秒采样密度的重力仪记录数据,首次得出引力非瞬间传播,速度接近于光速的结果。中国地震局2007年前后实现了地震前兆观测的数字化和网络化升级,重力仪采用了数字采样,采样间隔1秒。之前的重力仪采用模拟记录,为消除地脉动干扰,重力仪输出信号需用时间常数数百秒的阻容滤波电路滤去地脉动干扰,使重力数据的时间分辨率降低到百秒量级,难以在引力速度分析中发挥作用。几年后,秒间隔数字采样的重力观测数据被汤克云团队用于发现引力传播速度。)

    如果汤克云这项工作的结论正确,就是中国科学家在国际上首次测得引力速度,无疑是物理学的一个基础性重要结果。

引力速度测定这项成果,被地球物理学家而非理论物理和实验物理学家摘取,显然与能够反映日月引力变化的重力仪属于地球物理学领域,其它物理学家不太熟悉有关。

汤团队这项工作科学上是否成立,首先要看能否通过科学家群体的同行评审。

我国从事重力观测与研究的科学家主要集中在中科院测量与地球物理研究所、中科院地质与地球物理研究所、中国地震局地球物理研究所等单位。他们利用重力观测来研究地球内部结构、矿产勘探、地震预测等课题。任国际地潮中心主任多年的许厚泽院士是该领域的学术带头人。

为对这项工作的科学性达成共识,中科院组织了两次评议研讨会,有9位院士、11位研究员参会,会上支持和反对的意见都有,比较一致的看法是,问题最终在天体时空位置(视位置与真位置)的确定。

关键的反对意见来自中科院测量与地球物理研究所许厚泽院士的发言。许院士根据对太阳真位置和视位置分别计算重力固体潮的相位差仅0.006°(全日波),两种潮波的时差仅1.3秒,在现有固体潮观测中反映不出来的分析,认为用重力固体潮观测是不能确定引力速度的。许院士指出,理论上重力固体潮观测和理论计算的相位差应该为零。但由于地球对引潮力的响应并非完全弹性,地球介质的滞弹性将导致此相位差有一微小延迟。在牛顿框架下,现在所有的精密固体潮观测结果和理论计箅结果是完全符合的,也是自恰的。

汤克云一方当时未能回答许院士的质疑。会议没有作出汤的工作对或错的结论,只要求各方会后再深入探讨。汤团队主要由退休人员组成。研究工作没有立项,也没有正常经费支持,能否进一步深入,就很难说了。

   

但是,许院士等人的反对意见并不能说明汤的这项工作就是错的。会上,就有测地所研究员提出,若用长序列重力观测数据找相位,比汤用零潮线时间差的方法要更好。

国际上,在维基百科的 Gravity 词条下,关于 Speed of gravity 一段,目前只介绍了两项关于测量引力速度的工作:“2012 12 月,中国的一个研究团队宣布,他们已经测量了地球潮汐的相位滞后时间,这似乎证明了引力的速度等于光速;…… 2017 10 月,LIGO 和室女座探测器在伽玛射线卫星和光学望远镜两秒钟内接收到来自同一方向的引力波信号。这证实了引力波的速度与光速相同https://en.wikipedia.org/wiki/Gravity

被推选为 2003 年度世界十大科技进展候选项目,由理论物理学家 Kopeikin 和射电天文学家 Fomalont宣称首次测得引力以光速传播的结果,却没有列入维基百科该词条。这说明,中国科学家用测量地球潮汐相位滞后时间测量引力速度的科学思路,在国际上并未被否定。

2010年9月,骆鸣津得知汤的工作后,很快就想到可用长序列数据分离出日波与月波的相位差来判断引力传播速度。此时,骆老师已退休多年,所以用孙和平等公开发表的对武汉站超导重力仪3年多观测数据分离出日波S2与月波M2相位数据为根据。

骆老师写出了初稿后文章一直没有发表,一方面不清楚孙和平计算中天体位置是否作了光行差改正,此外经典的固体潮理论对潮波的分析注重点在反映潮波幅度的潮汐因子数值,对潮波相位并不很关注。听测地所的一位博士生导师曾说起,他的博士生曾问他:“为什么潮波分析侧重在对潮汐因子值的计算与分析上,对相位滞后很少关注”。导师回答:“目前情况是这样。”在引力传播速度问题上潮波幅度并不重要,关键是潮汐相位。有关的问题还需进一步深入考虑和验算确证,故文章一直没有发表。

骆鸣津1954年清华大学毕业。1958年完成中国重力测量布置及施测,1962年提出等效内球理论,在中国首次研究大地物理测量的边值问题。是测地所开放实验室副主任和学术委员会副主任,与许厚泽院士同是学部委员方俊先生的研究生,熟悉重力学与固体潮理论。

固体潮理论是联系天文学、大地测量学和地球物理学的交叉学科。在计算中涉及天体位置时,当然要按照天文学的要求作光行差等各项改正。

许院士会上提出的用“视位置”与“真位置”计算的结果相差甚微,只是反映了固体潮理论值计算中,作与不作光行差校正,两种日波的相位差为0.006°,时差仅1.3秒日波的速率为15°/小时,(0.006°/15°)×3600秒≈1.3秒)因此,在重力固体潮计算中有的作者作天体位置光行差改正有的却不做,得出的结果均在误差允许范围内。不作光行差改正是不规范的,测地所如孙和平文章的计算中,天体位置均作了光行差改正。改不改正的结果相差甚微的原因是:日波和半日波是地球自转造成测站至日心(或月心)的距离r及天体极角与垂线交角变化所致,在太阳光传播到地球的约500秒时间中,因地球绕日轨道偏心率很小,太阳黄道坐标的改变(约20.5角秒)造成测站至日心距离r的改变甚微。因此在计算日潮、半日潮时,用太阳“视位置”或“真位置”计算的结果,均在误差范围内。但在考虑传播时间和潮波相位的问题中,必须考虑两种位置对应的时间坐标是不同的。

万有引力定律不包含时间的说法是不对的。万有引力定律并非不含时间,时间项出现在 r 中。距离 r 由相互作用的两质量体的时空坐标计算确定,时间是必然要参与到运算中的。

理论计算和分析中按规范天体位置要用“真位置”。太阳“真位置”与“视位置”的黄经不同(相差约20.5角秒),相应的时间也不同(相差约500时秒)。如果在作天体位置光行差改正时,只改动太阳的黄经位置,意识不到太阳对应的时间坐标也同时发生变化,就是将天体位置的时空坐标人为分割了。

经过这些年的思考,并用实际计算验证各种情况下的数值,骆老师终于解开了认识上的疑谜。

   

骆鸣津老师用观测精度更高的武汉台超导重力仪三年长序列数据经调和分析得出的太阳半日S2波和月亮半日M2波的相位滞后数据,在频率域中分析,再次确认引力相互作用的传播速度与光速相同。


固体潮观测确定引力相互作用传播速度与光速相同AAS20180300000_57756326.pdf




http://blog.sciencenet.cn/blog-51667-1130925.html

上一篇:纪念马克思诞辰200周年 论一:前沿科学要有先进哲学思想指导
下一篇:钻孔应变观测能够告诉我们些什么?

2 杨学祥 张明武

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (0 个评论)

数据加载中...
扫一扫,分享此博文

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2020-8-4 10:56

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部