简论引力理论的主要探索路径
       引力理论的发展历史是一部引人入胜的科学史诗，展示了人类对自然界深层次规律探索的不懈追求。从亚里士多德以来至今，引力理论经历了漫长而深刻的发展过程。以下是引力理论的主要发展脉络：

一、亚里士多德的引力理论
1.核心观点：亚里士多德认为，万物是由水、火、土、气、以太构成的。其中，月球之上的宇宙是由以太构成的，月球以下则是由水、火、土、气构成。水和土比较重，有往地面运动的倾向；火和气比较轻，都是往上飘的。这一理论与地心说巧妙结合，在整个西方文化圈统治了上千年。
2.历史地位：虽然亚里士多德的理论在现代看来存在诸多不足，但它为后来的科学研究提供了重要的思想基础。

二、牛顿的万有引力定律
1.核心观点：
        牛顿在《自然哲学的数学原理》一书中提出了万有引力定律。他认为，任何物体之间都有相互吸引力，这个力的大小与各个物体的质量成正比例，而与它们之间的距离的平方成反比。
2.数学表达式：
        如果用m1、m2表示两个物体的质量，r表示它们间的距离，则物体间相互吸引力为f=(Gm1m2)/r^2，G称为万有引力常数。
3.应用与贡献：
1)牛顿利用万有引力定律说明了行星运动规律，并指出木星、土星等围绕行星也有同样的运动规律。
2)他解释了月球运动中早已发现的二均差、出差等，以及慧星的运动轨道和地球上的潮汐现象。
3)根据万有引力定律，牛顿成功地预言并发现了海王星。
4)万有引力定律把研究天体的运动建立在力学理论的基础上，创立了天体力学。

三、爱因斯坦的广义相对论
1.核心观点：
       爱因斯坦提出了广义相对论，首次把引力场等效成时空的弯曲。他认为，引力并不是一种力，而是由物质引起的时空弯曲的几何效应。
2.基本原理：
1)广义相对性原理：
       物理学的基本定律乃至自然规律，对所有参考系来说都相同。
2)等效原理：在引力场中，较小范围内所有自由下落的物体具有同样的加速度；任何物体的引力质量等于其惯性质量。
3.数学表达：
        广义相对论的基本方程是爱因斯坦场方程，它描述了物质能量分布与时空几何之间的关系。
4.应用与贡献：
1)广义相对论完满地解释了水星近日点的进动问题。
2)预言光线在引力场中会发生偏转，这一预言已被观测证实。
3)预言了引力波和黑洞的存在，现已被直接观测所证实。
4)广义相对论是现代宇宙学的膨胀宇宙模型的理论基础，为研究宇宙年龄、扩张速度、宇宙学常数以及恒星演化和宇宙结构提供了关键视角。
5)引力红移理论
       爱因斯坦预言了引力红移理论，即在强磁场中原子激发出的光逃脱引力时，光的波长会变长。
        1925年，沃尔特·亚当斯观察了大质量恒星表面发出的光，并检测到红移，验证了爱因斯坦的预言。
       1959年，庞德和雷布卡测量了哈佛大学杰弗逊物理实验室的塔顶和塔底的两个辐射源的相对红移，确切地验证了引力红移的存在。
6)引力波探测
       20世纪60年代起，科学家们开始尝试探测引力波。2015年，物理学家首次直接探测到引力波，这是由两个并合的黑洞产生的时空扭曲波动。此后，引力波探测技术不断发展，为人类观测宇宙提供了新的窗口。
5.参考系拖拽预测：
       1918年，奥地利物理学家约瑟夫伦泽和汉斯·蒂林预测了参考系拖拽现象。
6.引力透镜效应：
       1919年首次发现，光线经过大质量物体周围时会产生弯曲，允许人们看到处于它背后的物体。
7.黑洞的首个证据：
        20世纪60年代发现银河系中心存在黑洞，目前证实在所有大型星系中心都存在着质量较大的黑洞。

四、广义相对论与量子场论不相容问题
        广义相对论和作为物理学主要支柱的量子理论不相协调，甚至可以说存在根本性矛盾。广义相对论同量子理论缺乏统一性源于二者是用根本不同的方法来研究物理世界的。简言之，广义相对论有一个定义完美、光滑、不断转动的时空面，而量子理论却充满了分立的能级、跃迁和混沌，按照量子力学诠释，时空并不是平滑的，也不是连续的，而是“断断续续”的，因为量子世界存在最小的长度和时间单位，即普朗克长度和普朗克时间，意味着空间和时间不可能是连续的。广义相对论的几何观点与基本粒子之间存在着隔阂，过分强调几何，只能模糊引力理论与物理学其余部分的深刻联系。对此，大多数物理学家认为广义相对论只是一种唯象的理论，量子理论则被普遍认为更有基本的意义。如今已有重要的实验，尤其是中子引力干涉实验，首次实验地检验了量子引力效应，证明经典引力势同样适用于量子力学，直接揭示出中子在引力场中的干涉行为与它的质量有关，表明作为引力几何化基础的弱等效原理不再是普遍成立的，广义相对论的基本原理同微观量子行为不相容。
        现代物理学的研究追本溯源，探索世界万物是由哪些基本成分所组成，这些成分之间如何相互作用。其答案则在“粒子”和“场”两种形态之间徘徊。量子场论选择了以场为本的观点，认为世界的本质是场，每种基本粒子都有一种场与其相对应，粒子是场的激发态。
        如何建立引力的量子理论，从本质上说，出现两种策略和两大阵营。其中最为人广知的是“场论”方法，它将基本相互作用看成是交换“载体”粒子的结果，认为引力的长程吸引力来源于无质量的引力子的交换或虚引力子的传递。于是引力的量子理论就可以归结为：当引力子在时空体系中飞来飞去时，是如何与光子、电子及其它粒子发生作用的。而另一条途径研究量子引力的广义相对论者则认为，引力不仅仅是另外一种基本作用力，引力是时空发生弯曲的结果，也就是说在弯曲的所在发生了的物理现象。因此与其它作用力不同，不能把引力看作是发生在某个时空体系中的某种行为，引力本身就是这一体系的一部分。
       由量子场论计算出广义相对论引入的宇宙学常数竟比实际观测结果大120个数量级！被称为物理学史上最差劲的预测。

五、其它一些引力理论：
       除了上述主流的引力理论外，还有一些其他引力理论被提出和研究，如引力子理论、平直空间中满足洛伦兹协变的引力理论、弯曲空间中的度规型引力理论等。然而，这些理论在面临实验和观测的检验时，往往无法与广义相对论相媲美，因此并未成为主流的科学理论。
历史上的各种引力理论：
1.特斯拉宣布但是从未发表的引力动力学理论；
2.广义相对论修正理论，平直时空引力理论；
3.安德烈·萨哈罗夫提出广义相对论可能起源于量子场论；
4.雷萨吉提出，以一种充满整个宇宙轻的气体流动来解释万有引力这种现象；
5.纽科等人曾提出修正牛顿引力中的平方反比律；
6.Poincare用推迟时t=r/c修正牛顿引力的瞬时超距作用；
7.Brans—Dicke标量—张量引力理；
8.Rosen有关引力的理论；
9.修正牛顿引力理论(MOND)；
10.Kaluza—Klein变引力理论，即五维空间—时间—质量理论;
11.其它各种量子引力探索性理论，例如：熵力、涌现引力论等。

六、探索量子引力理论：
        量子引力理论是现代物理学中的一个重要研究领域，旨在将广义相对论与量子力学相结合，以解释引力在微观粒子尺度上的行为。这一理论的核心目标是建立一个统一的理论框架来描述引力场和微观粒子行为。
        量子引力，是目前物理学所要解决的最基本问题，目的就是要把相对论和量子力学协调起来，把描述宏观现象的相对论和描述微观世界的量子力学糅合在一起，用一个理论来统一解释整个宇宙，揭示宇宙的终极奥秘，弄清目前困扰科学家们的许多问题，比如引力究竟是什么，黑洞内部究竟是怎么回事，奇点处的物质去哪里了，时间的本质是什么，大爆炸究竟是什么，等等。曾一度认为比较有潜力的理论是弦理论和圈量子引力理论。弦理论从微观世界着手，向宏观世界研究，试图以量子理论统一相对论；圈量子引力则从宏观世界向微观世界挺进，试图攻占量子力学的地盘。目前一些被归类为量子引力理论的统一场理论包括：弦理论/超弦理论/M理论、超引力、圈量子引力、扭量理论、惠勒-德威特方程式等。
        时空量子化是量子引力理论中的关键环节之一。它致力于将时空也视为量子化的实体，以建立一个更加统一和协调的理论体系。在时空量子化之前，经典物理学中时空被视为一个固定的背景，而量子力学和相对论的结合则要求时空本身也应该受到量子效应的影响。
量子引力理论的具体框架：
1.路径积分方法：
       20世纪50年代末，物理学家们开始尝试将引力量子化，并提出了量子引力的路径积分方法。
2.圈量子引力理论：
        该理论预言空间和时间是由离散部分构成，加深了人们对黑洞和大爆炸等现象的了解。此外，该理论具有可检验性，预言了能让我们探测到空间原子的实验在不久的将来可能实现。
3.弦理论：
        弦理论将基本粒子和引力场看作是一维振动的弦。通过将时空维数扩展到10或11维，并假设存在超对称性，弦理论成功地解决了一些传统量子引力理论中的困难。尽管弦理论在解决量子引力问题上取得了重要进展，但仍存在数学形式复杂和对时空维数要求不明确等挑战。
4.其它理论框架：
       除了弦理论外，还有超引力理论、M理论和AdS/CFT对偶等新的理论框架相继出现，试图解释黑洞的微观结构和宇宙演化的起源。
5.实验与观测的进展：
        物理学家们一直在努力寻找能够验证量子引力理论的实验证据。然而，由于量子引力效应通常只在极端条件下（如接近普朗克能量的巨大能级）才能被观测到，因此相关实验和观测极具挑战性。
       尽管如此，一些间接的实验证据和观测结果仍然为量子引力理论的发展提供了支持。例如，对黑洞和宇宙微波背景辐射的研究等。
存在的问题与挑战
6.数学上的困难：
       量子引力理论在数学上极其复杂。例如，在创造不包含引力的基本粒子理论的标准模式时，研究者们开发了“重整化”这一数学方法。然而，对引力却无法使用重整化，必须采用其他手段来避免物理量无限大。但至今尚未找到一种普遍适用的数学方法来解决这一问题。
7.理论上的不一致性：
        广义相对论与量子力学在概念上存在很大的差异。例如，广义相对论认为时空是动态的、弯曲的、连续的，并且遵循决定性的方程；而量子力学则认为时空是静态的（此观点存在争议，量子力学更多强调概率性和不确定性）、平坦的（此描述不准确，量子力学不直接描述时空的平坦性）、离散的（此观点取决于解释和理论框架），并且遵循概率性的规则。这两种观点很难协调起来，导致量子引力理论在构建过程中面临诸多困难。
8.实验验证的缺乏：
        目前尚未有直接验证量子引力理论的实验证据。虽然一些间接的实验结果和观测数据为量子引力理论的发展提供了支持，但要想直接验证这一理论仍然需要更多的实验和观测数据。
9.理论框架的多样性：
       目前存在多种量子引力理论框架，如弦理论、圈量子引力理论等。这些理论框架各有优缺点，并且尚未形成一个统一的理论体系。因此，在选择和构建量子引力理论时仍然存在很大的不确定性和争议。
        综上所述，量子化时空和引力场的理论探讨已经取得了显著的成果，但同时也面临着诸多未解的问题和挑战，还都难以解决暗物质和暗能量问题以及120个数量级问题。未来需要更多的创新和突破来推动这一领域的发展。

七、相对论力学体系动量守恒而质量不守恒的问题
1.质量概念
       质量（mass）是物体所具有的一种物理属性，是物质的惯性大小的量度，它是一个正的标量。质量分为惯性质量和引力质量。自然界中的任何物质既有惯性质量又有引力质量。这里所说的“物质”是自然界中的宏观物体和电磁场、天体和星系、微观世界的基本粒子等的总称。
        质量是物理学中的一个基本概念，它的含义和内容随着科学的发展而不断清晰和充实。最初，牛顿把质量说成是物质的数量，即物质多少的量度。
        在牛顿力学中，给定的物体具有一定的惯性质量，它作为一个与时间和空间位置无关的常数出现在牛顿力学第二定律之中：F=ma（物体加速度的大小a与所受力F的大小成正比，比例系数m称为该物体的惯性质量）。惯性质量是物体惯性的量度：对于m越大的物体，就越难改变其运动状态（速度）。在牛顿力学中，没有惯性质量等于零的物体存在。在狭义相对论中，惯性质量又细分为静质量、动质量、相对论质量（总质量）。相对论质量与静质量的差称为动质量。
        对于可以在实验室里测试的物体，惯性质量和引力质量相等。20世纪，爱因斯坦在广义相对论中提出等效原理就是以惯性质量和引力质量相等这一前提为依据的。可以认为，一切与广义相对论有关的观察和实验的精确结果都可以看成是这两种质量相等的证明。因此，惯性质量和引力质量是表征物体内在性质的同一个物理量的不同表现。
        一个物理量守恒不守恒是个物理规律。一个物理规律是否成立，须要或者有实验的证实，或者可从理论推出。对于整个物理学（包括基本粒子在内），在目前既没有实验的证实，也不能从理论推出质量是守恒的；而已有实验证实，并且可从理论推出的是动量守恒定律。可能有人要说，在化学中，实验不是已证实了质量守恒吗？必须强调指出，化学中所讲的质量守恒，范围很窄，其所研究的物质只包括分子所组成的物质，不包括基本粒子所组成的物质。对于基本粒子所组成的物质，实验证实其质量不守恒。
2.  对于一般的物质，从理论上可以推出，其四维动量守恒而质量不守恒。
       基本粒子的质量，一般来说，并不反映惯性的大小，不宜称之为惯性质量，也不宜称之为物质的量。各种基本粒子的质量所反映的是各种基本粒子的特性，例如，基本粒子的类型不同，它们的质量也不同，基本粒子的拉氏量不同，它们的质量也不同。
       在相对论中及在近代物理中，质量m只是标志物质的一个参数，并不总可常常用来反映惯性大小或所含物质的多少。这是否就意味着在物理学中，质量m这个概念就无足轻重了，甚至可以把它扬弃、或者用能量来代替它呢？实际上质量概念是难以扬弃的，也不能用能量概念来代替它；但须要对质量m这个概念的内函进行一些修改。
1)不能用能量概念来代替质量概念。质量是标量，而能量来源于4维动量的时间分量，在坐标变化下，质量不变，能量要变。
2)在一个物理体系具有时间平移不变性的条件下，这个体系的能量总是守恒，而一般来说其质量不守恒。
3)希格斯机制只适用于质量不适用于能量。
4)质量概念除了反映惯性的大小或所含物质的多少之外，还可反映其它物理特性。例如，在基本粒子理论拉氏量中的质量项有其特殊的物理特性；黑洞的视界与其质量有关；通过天文观测，可得出星系的质量和宇宙的平均质量密度。
       也许有人要说，星系的质量和宇宙的质量应反映所含物质的多少。可是，若希格斯机制等规律普遍存在，星系的质量和宇宙的质量应是变化的，这些质量所反映的就应是另外的物理特性。
        此外，基本粒子的质量也不是经常在不停地变化，当‘湮灭’和‘创生’现象不存在，基本粒子处于稳定状态时，它的质量m便是常量，此时其质量m所反映的也应是惯性大小或所含物质的多少。
        牛顿力学中，一个封闭的力学体系，质量守恒和能量守恒往往可以同时成立；但是，需要注意的是，在大尺度时空中，不能排除质量和能量随时间变化和转化，如果有变化只能通过长期天体系统变化表现出来。而短期可能由于质量和能量变化幅度非常小，是难以测直接测出质量和能量的变化。
        在狭义相对论力学中，一个封闭的力学体系，一般来说，质量守恒和能量守恒却往往不可能同时成立；而当能量守恒定律成立（要求该力学体系具有时间平移不变性）时，质量守恒定律则往往不成立。
       武向平院士指出：“19世纪末出现在物理学上空的两朵乌云，催生了相对论和量子力学。如今暗物质和暗能量这两朵新的乌云，将带来一场新的物理学革命。今天我们脑海里一个固有的东西可能或者一定是错的，也许质量会变，也许引力常数会变，也许光速会被超越。”

八、物质粒子辐射空间本底量子新概念及质量时变的引力理论
       它涉及到经典力学、量子力学、相对论和宇宙膨胀理论以及它们之间的交叉和融合。

1.思想基础
       牛顿猜想引力可能是从物体质量中发射某种精气所形成的，爱因斯坦认识到物体具有动态的空间广延性，德布罗意提出物质粒子具有内在的周期性因素。我们把物质粒子内在的周期性因素与其形成动态的空间广延性及引力场联系起来，提出物质粒子辐射空间本底量子新概念（符合动量守恒）及其质量时变关系（符合总体能量守恒），认识到宇宙不是物质粒子与空间二元独立结构，而是物质粒子与空间的动态统一结构，其中蕴含着时间之矢的物理踪迹。

2.实验观测基础
1)有研究表明，光能够同时表现出波和粒子两种特性，还有模拟实验相继证实波函数具有物理实在性。
2)T.Vanflandern通过月掩星观测发现地月间引力约以10–10/年的比率在变弱。
3)凌君彦根据地心引力常数GM逐年下降的测量结果，经拟合分析，假定引力常数不变，得出地球质量约按10–10/年的比率减小的结论，与Treder给出的研究结果相近。这里，质量衰减的比率与哈勃常数的数量级相当。
4)观测总结出的星系退移速度与距离成正比的哈勃定律V=Hor

3.理论基础
        爱因斯坦质能关系、爱因斯坦——德布罗意关系、薛定谔方程、普朗克长度、牛顿第二定律、牛顿万有引力定律、哈勃定律、粒子振荡周期、哈勃半径

4.核心观点
       物质粒子辐射空间本底量子新概念及质量时变关系。空间本底量子新概念可以通过多种途径得到。

5.数学表达式

1)质量时变关系 dM=－HoMdt，与熵dS=dQ/T、S=klnΩ形式相仿；质量时变关系可以通过6种不同方式而得到。

2)空间本底量子能量和质量分别表示为ε=hHo~10^–51(焦耳)、μ=hHo/c^2 ~10^–68(千克)，与相关观测给出的限定值相近。

6.应用

1)把质量(能量)与时间和空间密切联系起来，由此创立"粒子波动演生时空物理学"，可以阐明粒子波动性的物理机制；

2)推得和阐明空间本底速度为光速c；

3)推得惯性质量即是引力质量；

4)推得空间本底量子半径恰是普朗克长度；

5)推得哈勃宇宙和无限宇宙时空的引力势恰为光速c^2；

6)推得爱因斯坦质能关系；

7)推得爱因斯坦——德布罗意关系；

8)薛定谔方程；

9)普朗克长度；

10)牛顿第二定律；

11)牛顿万有引力定律；

12)哈勃定律；

13)宇宙空间膨胀尺度随时间的变化关系；

14)推得宇宙整体膨胀加速度为Hoc；

15)推得哈勃宇宙质量；

16)推得星系或天体附加引力场强度亦为Hoc

17)星系退移速度随时间的变化关系；

18)星系旋转光谱红移量随时间的变化关系；

19)月球远离与地球膨胀随时间的变化关系；

20)月球公转周期与地球自转周期随时间的变化关系；

21)推测36亿年前地球处于金星现在轨道位置；

22)推测48亿年前火星处于地球现在轨道附近；

23)推测宇宙微波背景辐射的波谱峰值频率现在每年降低约15赫兹。

       ……

       共推得82个物理公式，可尝试解决70个物理学及其相关难题，作出预测52项。

7.预测及检验验证据

        目前已有一部分预测得到了观测上的检验和验证。

        感谢各位朋友关注支持，祝各位新年快乐！