论多普勒效应对引力的影响

摘要：牛顿的万有引力方程不能用来计算高速运动的物体之间的引力，物体之间的引力大小和引力波的频率高低有关；存在相对运动的物体之间的引力和多普勒效应有关系，并且分析了多普勒效应可能存在无介质波的关系情况。这篇论文给出了一个运动物体之间的引力方程。通过类比引力场和电磁场，本论文还认为物体除了有引力场外，还存在一个质量场，并参照电磁场公式，给出一个扭力公式。

关键词：多普勒效应；运动频率；静止频率；扭力

中图分类号：O314 文献标识码：A 文章编号：1003-2177（2017）12-0000-00

牛顿的时空观要比爱因斯坦的合理，但牛顿的万有引力理论和引力方程不完善，需要修改，本论文认为引力和物体间的相对运动有关，因为相对运动会影响到彼此接收的引力波频率。

引力场与电磁场有很多相似性，比如电磁场有电磁波，引力场有引力波，电磁场对其中的带电体和磁体有作用力，引力场对周围的物体也有引力作用。因此，可以看出引力场也是一种普通的物理现象，不可能影响时空。研究引力场可以类比电磁场的特性和现象。二者的方程和公式可以参照设立。比如库仑定律和引力方程就十分相似，只要把其中的电荷和质量类比，它们就是一样的。

1牛顿的引力和引力方程

根据多普勒效应，波的频率和波长会随波源和观察者之间的相对运动而发生变化。引力是一种波，因此应该也有这种效应。

本论文认为物体间的引力作用是通过引力波实现的。根据德布罗意公式： 可知电磁波的频率越高，能量越大。引力波应也有此特性，即其频率越高时，能量越大，引力也就越大。

对于同一个引力源和受引物体，受引物体所受的引力的频率越高，引力应越大，引力波的波长越短，引力越大。引力波的波长和频率随两物体之间的相对运度速度变化而变化。因此本论文认为物体间的引力不但与物体的质量和距离有关，还与它们之间此时所接触到的引力波频率有关，引力与这个物体所受到的引力波频率成正比。

假设有A和B两个物体，当两物体的距离没有发生变化，即没有相对位移时，记A物体所受到的B的引力波频率为 ，当B物体对A物体作相对运动时，记A物体接受到B物体的引力的频率为 。本论文把 叫作运动频率， 叫作静止频率。同样，记B受到的运动频率为 ，静止频率为 。

（1）因为万有引力 的 力是两物体之间的引力，现在将它暂分为两部分，A物体的引力为 ，B物体对A物体的引力为 ，记A物体的质量为大质量 ，B物体的质量为小质量 ，则A物体在总引力中所占比例为： ，B物体所占的引力比例为： 。

（2）A物体运动时产生的对B的引力变化是：

B物体对A物体作相对运动时的引力变化为：

那么总引力为：

2多普勒效应的几个猜想

2.1介质问题

传统的多普勒效应关系式是有介质的情况。由于可能存在无介质的波，因此这里另设一个关系式。

一个运动波源一旦发出无介质的波，这个波应该有惯性，其运动速度应是自身波速和波源速度的叠加。

（1）观察者不动，波源动，这里以波源接近观察者为例，波源的接近速度记为 。此种情况可视为类似有介质多普勒效应中的波源静止情况，不同的是，此时波源的速度应叠加在观察者速度上。因为速度是相对的，此种情况是可以的。

这样，多普勒关系式为：

（2）观察者波源都运动的情况为：

为观察到的频率；

为波源原始发射频率；

为波源静止不动时的原始波速；

为观察者移动速度，若接近波源则前方运算符号为+号，反之则—号。

为波源移动速度，若接近观察者则前方运算符号和 一样为+号，反之则-号。

（3）无介质波有没有惯性？

如果有“无介质”的波存在，如果它在运动的波源发射出来后没有惯性，它在原地运动，但这个原地在哪里呢？这必须有个参照系，这样才能确定波源是否在运动。这样有两种可能，一是这样的参考系是不存在的，那么要么不存在无介质的波，要么这种波在运动波源发出来后有惯性，即这个波始终以波源为中心随波源运动；二是如果存在，只能是一切的源头：宇宙中心。

因此，电磁波的传递要么需要介质，要么它不适用于原多普勒关系式： 。

2.2光多普勒效应

用经典的多普勒关系式计算横向光多普勒不准确。本论文这里认为这不是时间延缓的原因。

光波有波粒二相性。假设一束光射向观察者，光源圆周绕观察者运动，即所谓的横向多普勒。光既然有粒子和特征。可以假想这束光的光子一个接一个的运动向观察者，而且有直线运动的倾向。如果波源不动的话，显然这些光子会按一直以直线向观察者运动。

但波源横向圆周运动的话，那么这时从光源发出来的光子就不能和前面那些光子保持在一条直线上， 这个光子就要脱离那条原先的直线。

本论文猜测光线中的光子与光子之间有一种类似引力或电磁力的力，这种力使光子之间能保持一个接一个的直线前进。本论文不认为光线的这种一个光子接一个光子的直线运动是完全由于惯性。因为光子的质量太小，如果仅靠惯性的话，虽然它的速度很高，但也不够让它保证直线，其它的因素也会影响到它的路线。

光源运动，光子要脱离原先的直线，那就要克服上面所说的光子之间的“引力”，要克服这种力，需要消耗能量，光子的能量就会降低，光波的频率也会下降，波长变长，从而出红移。

3引力场的扭力

引力场与电磁场有很多相似的地方。通比类比，用电磁场的某些特性及其公式推测引力场的特性是可靠的。

库仑定律 和万有引力公式

上面两公式中，库仑公式中的电荷量和引力公式中的质量有可类比性，电荷量和质量都是物质的一种物理性质，两者都不是实体粒子。电荷有负电荷的概念，那么质量也可有负质量的概念，反物质的质量就可定义为負质量。库仑定律的实验基础是扭秤实验，万有引力的引力常数也是用扭秤实验来测，两个力的大小都与距离的二次方成反比，由此可见引力和库仑力有相似的运行原理。

电磁场中，电场可以激发磁场，那么星际空间里的星体也有可能有两个场，一个是引力场，另外一个称为质量场（当然未必真存在质量场，类比引力场和电磁场，不是要处处一样，这里仅是猜测一下可能性）。变化的质量场和引力场构成了一个统一的场，这个变化的统一场在空间中传播形成了引力波，这里把这个场叫作：引力质量场。

把引力场和电磁场类比，电流的产生是电荷的定向移动，那么有质量的物体在空间中运动是产生引力的原因。比如在星际空间，天体就是電荷，星际空间就是电流运动的导体，电流在导体中运动产生电场，天体在星际空间中运动产生引力场，星际空间就是引力的导体。这里的星际空间并不是指抽象上的空间，而是说星际空间中存在一种物质，这种物质不会对天体的运动产生阻力，但天体在其中运动就像电子在导体中运行一样，会产生引力场和质量场。

假设在某一处宇宙，其中的星体相对于其周围的星际空间不作运动，那么该星体就不会产生引力，这与电流在绝缘体中不运动从而不会产生电场一样。

如果除了引力场之外真的还有质量场，因为电磁场还有一个洛伦兹力，那么引力质量场可能除了引力外也还有一个力。洛伦兹力公式

那么表示引力质量场可能也有一个力相当于洛伦兹力，即：

，把引力场与电磁场类比，假设一个行星在母星的引力场中运动，行星质量就是 ，行星速度是 ，母星的质量场强度是 ，这个力就是 ，在这里把这个力称为：扭力。

由此可知，两物体之间的引力用牛顿万有引力公式计算的只是距离没有变化的情况下的引力，若是两物体有相对运动的情况下，尤其是高速运动情况下，有两个新的因素要考虑：1，扭力；2，多普勒效应。在星光偏折现象中，计算偏折角应要考虑扭力。

本论文还认为，扭力是在运动的行星是球形形状的情况下，如果在引力源引力场中运动的物体不是自然形成的球形，比如球形星球，那么它所受的洛伦兹力应是安培力。

“实践表明，只要电荷的相对运动速度远小于光速c，库仑定律给出的结果与实际情形接近。”这里说的应是电荷的相对运动速度远小于电磁波的速度才准确，因为一旦电荷的速度相比电磁波的速度已经不可忽视，多普勒效应的影响就明显了。如前面的万有引力公式这种情况下要修正一样，库仑公式这时也应要修改。

这里说一下，库仑定律和万有引力公式在物体高速运动的情况下都不适用，主要是因为多普勒效应。在库仑力中，当运动电荷的速度远小于电磁波速度时，定律有效；在万有引力中，当物体运动速度远小于引力波速度时，公式可用。在这两种情况中，运动的电荷和物体的速度都应该是以与它们相关的事物，比如库仑中的电磁波，引力中的引力波，用这两样物质的运动速度作为标杆，而不是用光波的速度作标杆。光波的速度也许与电磁波和引力波的速度接近，但是不能代替这两者作标杆，更不能像相对论一样把光速作为常数来使用。

本论文所引用的都是众人都知的万有引力和相对论理论以及大众熟知的物理事实和现象，因此不作参考文献目录。

作者简介：段贤香（1977—），男，安徽肥西人，本科，研究方的：理论物理。