GP-B实验的结果恰恰证明广义相对性原理不成立

                             梅   晓   春  

美国斯坦福大学网站5月5日发布消息称，美国国家航空航天局和该校研究人员的GP-B实验已经证实了爱因斯坦广义相对论中两项重要预测，相关论文发表在美国《物理评论快报》2011年5月1日期上。

所谓GP-B实验是在绕地球旋转的卫星上观察陀螺的进动角的变化，观察是否存在广义相对论预言的“短程线效应”和“惯性系拖曳效应”，简单地说就是观察是否引力场使空间弯曲的效应。项目首席科学家、斯坦福大学教授弗朗西斯·埃弗里特表示，“引力探测器Ｂ”证实了爱因斯坦的两项最深奥的预测，对天体物理学研究具有深远意义，相信许多人都会将这个结果看成爱因斯坦理论的一个重大胜利。

然而可以明确说，GP-B实验的结果恰恰证明广义相对性原理不成立，而不是证明引力使时空弯曲。GP-B实验不是广义相对论的救星，而是广义相对论的掘墓人。

在GP-B实验的设计中，所有的对陀螺进动角的观察都是在绕地球轨道运动卫星上进行的，而不是在地球质心静止参考系上进行的。实验中陀螺和对陀螺进行空间定位的望远镜被一起安装在一个巨大的杜瓦瓶里，通过卫星上的自动控制系统使望远镜始终对准向导星（银河系飞马座中的IM Pegasi）。通过观察陀螺旋转轴对向导星偏离，来测量陀螺在绕地球轨道运动过程产生的进动角。也就是说这种在卫星上进行的观察和记录的光学信号，实际上是在地球引力场中自由降落的参考系上进行的。卫星上的光电系统将观察到的光学信息转化成的电子信号，地球静止参考系上的观察者接受到的仅是卫星传回的电子信号，而不是直接观察到陀螺旋转轴对向导星的偏离角。

这里就产生了一个原理性的问题。按广义相对性原理，在引力场中自由降落的参考系上，引力场被局部地消除，参考系变成局部惯性系。因此在地球引力场中自由降落的卫星局部惯性参考系上进行观察时，陀螺的自旋应当不随时间而变，我们是不可能观察到陀螺的进动。可见试图通过GP-B实验来观察引力场使时空弯曲的设想在基本原理上存在问题。我们不可能通过在卫星上进行的GP-B实验，观察到引力场使时空弯曲的效应。如果这种效应确实存在，我们也只能通过在地球静止参考系上的观察来发现。因此在卫星上观察到陀螺的进动，其结果恰恰证明等效原理的失效，说明在引力场中自由降落的卫星参考系上，引力场并没有被局部地消除。其结果说明引力效应具有绝对意义，广义相对性原理是不可能的，爱因斯坦引力理论的基础将被彻底破坏。

在爱因斯坦的相对论中，由于绝对性的丧失，在进行计算和测量之前必须预先指定参考系，否则是没有意义的。一个无可争辩的事实是，GP-B实验中陀螺进动角的计算是在地心静止参考系上进行的。其中陀螺的运动速度，陀螺的引力势和地球自旋角速度等参数都是相对地球质量中心取值的。如果按卫星参考系的观点，陀螺固定在GP-B实验卫星上，相对卫星参考系的运动速度为零。卫星在引力场中自由降落，陀螺的引力势为零。地球的自动角速度是地心静止参考系观察的14.7倍，而且方向相反，就根本得不到现有的进动公式。按照广义相对性原理，在卫星参考系上观察，陀螺的进动只能是零。

GP-B实验结果使物理学家处于尴尬的处境。在地球静止参考系上我们并没有观察到爱因斯坦理论预言的，空间弯曲导致的陀螺进动。但却在卫星参考系上观察到这种效应，然而按照爱因斯坦理论，在卫星参考上不应当存在这种效应。美国宇航局专家和斯坦福大学BP-B实验组没有意识到这种参考系不匹配的问题，他们对GP-B实验结果的评价完全是张冠李戴。按照GP-B的实验结果，卫星参考系上的观测与地心参考系的计算居然完全一样，而这两个参考系所处的环境完全不同。一个是存在引力场的地球参考系，另一个是引力场被惯性力抵消了的卫星参考系，这样的实验结果是可疑。

2008年10 月17日我在《科学时报》分表长文“提出八条基本原则，证明爱因斯坦时空引力和宇宙学理论基础存在严重缺陷”。其中第五条就是关于GP-B实验的，文字如下“考虑到狭义相对论效应和其他物理效应后，引力与惯性力局部不等价。GP-B实验的任何非零结果都将证明等价原理的不可能性，而不是证明广义相对论的有效性和引力使空间弯曲。按强等效原理，在引力场中自由降落的局部惯性参考系上引力场会被消除，因此在卫星上进行的GP-B实验上就无法测量到惯性陀螺的进动。GP-B实验观测到惯性陀螺的任何进动都将说明，在自由降落的局部惯性系上引力场并未被消除。试图用来显示引力使时空弯曲的GP-B实验在基本设计原理上存在问题，实验的结果与设计的期望正好相反。”文章发表后引起广泛关注，中国科学院网站《学者视点》栏目将我这篇章置顶长达半年之久，一直没有见到相对论专家能进行反驳。现在既然结果已经出来，我也暂且相信这个难产的实验结果是正确的，就需要旧事重提。如果物理学家们希望用这个实验来支持广义相对论，就应当把GP-B实验到底是证实，还是否证伪广义相对论这个问题讲清楚，还科学一个公道。在一个实验的基本原理都弄错的情况下，宣布实验证实了理论，实在是一件荒唐的事。

物理学史将会永远记住2011年5月5日这一天，GP-B实验结果的正式公布彻底埋葬了广义相对论。