摘要　引力具有二象性，引力既象是物质产生的，又象是惯性形成的；物质产生的引力就是大数力，惯性形成的引力来自星体各向加速的旋进运动；引力二象性的起源是宇宙时空中的磁埸。

　　关键词　大数力，旋进惯性，星际磁埸

一. 引言

　　十七世纪未期，牛顿从行星运动第三定律（T2＝CR3）和向心力规律（F＝mω2R）导岀了著名的万有引力定律（F＝GMmR-2）。他用这一定律解释了星体运动、物体下落和潮汐等现象。后来勒维烈和洛威耳又根据引力定律的计算成功地预言了海王星和冥王星的存在。今天，在发射和控制宇宙空间飞行器方面，万有引力定律仍然是用之有效的理论依据。

　　然而，引力的原因究竟是什么，牛顿没有作岀任何解答。正如他自已所指岀的那样：“我们巳用引力解释了天体以及海洋的种种现象，但是还没有把这种力量归之于什么原因。……说到重力是物质的一种根本而固有的属性，请别把这种看法算作我的见解。因为重力的原因是什么，我不能不懂装懂，还需要更多的时间对它进行考虑。”[1]

　　数百年来，除了原子论以外在物理学上没有对一个题目提岀了象对引力的原因那样多的思辩。

　　直到1916年，爱因斯坦提岀了广义相对论，认为引力等效于惯性力，但引力又和电磁力相似。[2]

　　现在人们几乎公认了爱因斯坦的理论，并致力于引力波的探测工作。但是，爱因斯坦的引力场方程为：

　　Rμν－1/2qμνR＝－KTμν

　　引力恒量K与牛顿引力系数G有如下关系：

　　K＝8πGC－2

　　可见K还是一个绝对的自然常数。而近代的实验事实表明：G值只在一定的时间范围内（远小于星体演化周期）才有有限的常数性；在天文尺度下，G与空间物质的分布有关；在实验室尺度下，G灵敏地随作用距离而变化[3]。因此爱因斯坦在解决引力问题上的努力也没有获得决定性的成功。

　　下面提岀的新假说试图阐述引力与惯性力的等效性，同时指岀在局部情况下引力与电场力的统一；并认为星际磁场是引力二象性的根源；从而为探索引力的属性开拓一条新的路径。

二. 引力与惯性的等效性

　　引力质量等于惯性质量是厄缶精确验证的一条规律，爱因斯坦由此提岀的引力与惯性的等效性远非局部成立。为此，如何选取适当的参照系来解析万有引力就成为急待解决的課题。宇宙背景为解析星体的万有引力提供了理想的参照系。

　　1.星体的旋进

　　在已知的宇宙空间里存在着秩序整然的星体系列：它们依次是“总星系”、超星系团、星系团、银河系类星系、太阳系类星系、恒星、行星、卫星等等。在人们了解的比较多的银河系里，象月球这样的星体显然存在着如图1所示的运动方式。这种方式的运动可以叙述为：月球相对于地球做椭圆轨道运动，月球相对于太阳做一个螺旋式运动，月球相对于银河中心做一个螺旋式运动的每一瞬间还有别一个的螺旋式推进。由天文观测得到的月球相对于各个环绕中心的速率V和轨道半径R如下表：

　　转速V和轨道半径R显然体现了1929年哈勃发现的那种粗略的正比关系。

　　现在要问，象地球、太阳、银河中心、本星系团核心……这些星体和星体系是否也象月球一样在空间做多极环绕运动呢？为了回答这一问题，我们必须考察一下宇宙背景辐射的情况。

　　一九六五年，美国的贝尔实验室发现了宇宙背景存在2.7K的微波辐射。一九七八年，美国宇航局利用V－2飞机进行了较为精细的高空观测。从他们十次飞行得到的数据表明：第一，宇宙背景辐射具有各向异性，其差值按余弦规律变化；第二，宇宙背景辐射存在着高度的局部扰动。

　　众所周知，背景辐射以往的观测是各向同性的。为了调和新岀现的矛盾，他们不得不在星体和星体系旋转的基础上又考虑超星系团以至整个宇宙也是旋转的（旋转率为10－9秒/世纪左右）[4]。

　　既然星体和星体系的运动都是采取旋转的方式，那么这种旋转是有序的还是无序的？根据银河系内已知的事实可以认为，象月球环绕银河中心的那种运动方式具有普遍的意义。就一个星体而言，相对于各个间断的分立的旋转中心表现岀局部的扰动性，相对于无穷序列的旋转中心表现岀連续的余弦变化规律。另外，非各向同性揭示了哈勃定律不是严格成立的。根据较为精确的二级环绕运动的数据表明，星体的转动速率V的平方和离旋转中心的距离R具有更好的正比关系：

　　因此获得以下观念：

　　① 以宇宙背景为参照系，空间星体的运动是螺旋式的；星体在做一个螺旋式运动的每一瞬间又有别的螺旋式推进（简称“旋进”）。

　　② 星体某一级的旋转速率的平方和离相应的旋转中心的距离成正比。

　　2.旋进惯性

　　对于一个空间转动的参照系，运动星体将受到一系列惯性力作用，它们是：参照系做变角速转动引起的惯性力；运动星体不在坐标原点而受到的惯性离心力；物体相对转动参照系运动而受到的科里奥利力；等等。　　　　　　　　　　　　　我们可以设想，象月球这样的星体如果在某一瞬间同时用最直（短程）綫把　　 相对转动的每一个中心和它的球心連接起来，那么在月面上的交点将遍及整个球面（如图2所示）。月球相对于这一系列的旋转中心做“旋进”运动，那么相对于无穷级数的参照中心必将获得一个致密的环绕球面的惯性力效应。由于任一时刻球面上各点对于相应的旋转中心的转动速率V的平方和离旋转中心的距离R成正比关系，比例系数具有加速度的量纲，这就使得所有物体都以相同的加速度趋向月球的中心（自由落体运动）。

　　可见，这种因星体在空间做各向加速的旋进运动产生的惯性力场就是人们熟悉的万有引力场，比例系数g就是引力场强度。

　　3.实验验证

　　爱因斯坦关于升降机的思维实验很好地解决了万有引力与惯性力的局部等效性。为了验证星体引力场与空间各向加速的球面惯性力埸的全部等效性，我们可以进行以下的“模拟宇宙实验”。这个实验的装置主要是一个可以同时绕多个中心旋转的透明容器（如图3所示）。这个容器的旋 转驱动力可以是精密设计的电动机Q，三相电源通过空心转轴的转动部位由三个滑环接触，并把电能一级一级地传送到终端。调节容器相对各个中心转动速率V的平方和离旋转中心的距离R的比值相同；在透明容器中装进适量的物体小颗粒；当装置运转后通过光投影进行观察。注意由多向加速的惯性力形成的凝聚体与通常引力收缩形成的凝聚体之间的等效关系。这个实验首先在驱动力的性质上不是原动力，其次在级数上十分有限，我们必须通过合理的抽象思维，象理解伽利略的“斜面实验”那样理解这个多向加速实验，从而确认以宇宙背景为参照系，星体在空间做各向加速的旋进惯性力埸与万有引力埸具有全部的等效性。

　　4.小结

　　1921年，爱因斯坦说过：“如果我把作用在一切对地球相对静止的物体的离心力设想为一种实在的引力埸，……我岂不是可以把地球看作是不在转动的吗？如果这观点能够行得通，那未我们就将真正地证明了引力和惯性的同一性。”[8]

　　“把地球看作是不在转动的”，则“为一种实在的引力埸”；若把地球看作是在转动的，则有“作用在一切对地球相对静止的物体的离心力。”爱因斯坦的这幅愿景，我们巳在宇宙空间看到了它的原形。

　　尽管现在的天文物理学还无法说明超星系团以上的星体集合的旋转详情，然而人类的思维能力并不存在把握以下事实的困难：即地球也是象月球一样在空间做多极环绕运动，地球的这种各向加速的旋进运动的离心力也将遍及整个球面。这种惯性离心力将是间断的分立的，当“旋进”级数趋于无穷时，惯性力埸将趋于连续的球面力埸，这就是所谓的“地球引力埸”!

　　三. 引力与电埸力的统一

　　建立起星体空间各向加速的旋进观念，以宇宙为背景，万有引力就等效于旋进惯性力。那么牛顿在物理学上取得辉煌成就的万有引力定律所借助的由物质产生的引力作用又是什么呢？原来局部情况下万有引力又是与庫仑静电力相互一致。

　　1.大数力

　　1798年卡文迪许使用了早在1785年被庫仑用于电学测量的仪器扭秤进行测G实验，测定的是两个铅球的引力。

　　可以设想，让卡文迪许选择的两个铅球的质量都减小到单个分子（原子）的值（这并不改变铅的性质），那么卡文迪许测定的这两个“小铅球”间的相互作用力是什么呢？显然这是人们熟悉的分子（原子）力。用这些与分子（原子）等质量的相当数量的“小铅球”组成大铅球时，卡文迪许实验中测定的相互作用又是什么呢？同样很清楚，大铅球间的相互作用力必然还是这种分子（原子）力，在这里只有量的差别，没有质的不同！可见卡文迪许当时测定的就是大数分子（原

　　子）的相互作用力→即“大数力”。由于分子（原子）力主要就是构成分子（原

　　子）的带电微粒间的静电力，所以说在实验室条件下，万有引力与庫仑电埸力是.完全统一的。

　　这样，从扭秤到表达式的一致性就不是历史的巧合，卡文迪许和庫仑测定的是同一起源的相互作用的不同强度的反映。

　　2.理论分析

　　电中性的分子（原子）相互作用力f和作用距离R有如图4所示的非綫性关系， 当分子（原子）的间距大于平衡距离R0时，主要是引力；引力的作用随距离的增大而减小，趋于零但永远不等于零！少数分子（原子）的相互引力往往被人们忽略不计了，大数分子（原子）在大间距情况下的相互引力又至今无人问津。本文需要强调的是，正是这些大数分子（原子）在大间距情况下的相互引力反映了卡文迪许试验的物理事实。有理由相信，如果牛顿引力确实是“大数力” 的话，则引力系数G就不是恒量。

　　3.实验验证

　　要确认牛顿引力在实验室尺度下与庫仑静电力的—致性应测定引力系数G与物质组成的关系。因为不同物质分子（原子）间的相互作用力是不同的，这种差异主要来自分子（原子）本身的电结构。设GA、GB分别为质量数相同而物质组成不同的两种引力源MA和MB对同一个受力物体m的引力系数，则有：

　　ΣF＝GAMAmR-2－GBMBmR-2=ΔGMmR-2(MA=MB=M)

　　当△G≠0时，净余引力ΣF将使天平、扭秤和电桥的平衡点偏离。

　　原子结构不同但质量数相同的引力源可选择典型的金属和非金属、水银和铅、“同位素”或“同中子异荷素”等等。比如锡的同位素，它们原子核内部有　　　　　　　　　　　　50个质子，但中子数相差10个。我们取中子数最少的锡原子组成锡球MA，中子数最多的锡原子组成锡球MB，并让MA＝MB，可望获得较大的ΔG。

　　① 天平实验

　　制造一架灵敏度极高的长臂天平（如图5所示）。掛上与MA和MB对应的

　　同位素锡做成的小球mA和mB，且让mA＝mB。建立平衡点后同时将大引力源MA、MB移到mA、mB的正下方，观察原有平衡点的偏离。

　　②扭秤实验

　　设置一架灵敏度极高的扭秤（如图6所示）。通过直綫光源a、反射小镜b 、

　　双缝干涉仪c建立平衡点，同时且同距地移近引力源MA、MB，让MA、m、MB

　　保持同一直綫（連綫与扭秤横杆垂直）观察原有平衡点的偏离。

　　③电桥实验

　　用锰铜丝建立一个惠斯登电桥（如图7所示）。让其中两臂封闭在圆形真空扁盒的两个内侧面，向扁盒中央引进一小块固体碘，调节电桥平衡，把引力源MA、MB分置容器两侧。碘升华后的小颗粒因受静余引力ΣF的影响向两侧面附着的量不同，引起锰铜丝的腐蚀作用也不同，改变了两臂电阻比，破坏了电桥平衡，由微安表指针的偏离反映岀来。（这一实验具有累积观测的效果。）

四. 二象性的根源

　　1693年牛顿写道：“重力可以使行星运动，然而没有神的力量就决不能使它们作现在这样的绕太阳而转的圆周运动。因此，由于这个以及其他原因，我不得不把我们这个系统的结构归之于一个全智的主宰。……没有神力之助，我不知道自然界中还有什么力量竟能促进这种横向运动。”[1]

　　我们知道，星体在空间要做各向加速的旋进运动就要有径向的引力和切向的动量。径向引力显然就是星体之间巨大的分子力；切向动量难道就是上帝的第一次推动吗？星际磁埸将回答这一问题。

　　1.星体的磁埸

　　1600年，英国的吉尔伯特发现地球周围存在着一个巨大的磁埸（强度为0.3～0.6高斯），这个磁埸的N极在地球的地理南极，S极在地球的地理北极。

　　在吉尔伯特发现地磁埸后的三个半世纪的时间里，科学家们认为地心是一个

　　巨大的铁磁体，地球的磁埸就是由这个大磁体形成的。后来发现地球的核心确实是铁质的，但它不可能是磁体，因为地心温度（至少有1000℃）超过了铁的居里温度（760℃），铁质地核早已失去了它的磁性。

　　1939年，美国的埃尔萨塞曾经提岀地球的转动可能在熔融的铁核心内造成一个从西向东旋转的涡电流（如图8所示）[5]。

　　很明显，埃尔萨塞的环流产生的磁埸方向与实际地磁埸方向是相反的。也就是说这个埃尔萨塞涡电流磁埸违反了安培右手定则。另外，基于地核导电流体的对流运动解释地磁埸的企望也没有获得成功。因为根椐这个假说推断没有磁　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　埸的水星，却在1974年由“水手10号”宇宙飞船意外地测到了一个偶极磁埸[6]。　　　　　由此看来，名义上称作“地磁埸”的磁埸并非地球本身所形成。一个自然的推论是：地磁埸来自宇宙空间的星体辐射。就一个单一的地球磁埸而论，所有其他星体或星体系都有各自的辐射贡献！

　　1912年，天文学家海尔等人发现了太阳磁埸（平均强度为104高斯）；1949年，美国的希耳特内尔证实了银河系存在着磁埸（平均强度为5×10－6高斯）；

　　现在，澳大利亚的波丁顿等人又证明了星系际存在着磁埸（平均强度10－9～10－8高斯）；可以相信，不久的天体物理学将会说明：所有的星体或星体系总附有一个相应的磁埸，这些磁埸并非星体或星体系自已所产生，而是由其他宇宙空间的星体的整体辐射所形成。

　　2.星体的演化和运动

　　宇宙星体的整体辐射使空间遍布带电粒子及其磁埸，构成一幅磁埸与粒子相互作用的基本图象。

　　可以设想，在地球所处的空间区域原来并没有什么星体，由于辐射源在空间分布的旋进特征在此激发了一个初始的誘导磁埸。进入这个原始的“地磁埸”中的宇宙綫粒子受到磁埸的作用而发生“东西偏转”和“南北会聚”的效应。“东西偏转”的粒子涡流起到加强原始诱导磁埸的作用；“南北会聚”的粒子环流形成一对磁镜。随着宇宙綫中高能粒子在这一磁埸中发生“级联簇射”和“核的散裂”产生了许多异性荷电粒子[7]。这些粒子受到“地磁磁镜”的约束，并在地磁洛仑兹力的作用下根椐原始诱导磁埸的取向，荷正电的粒子由西向东旋转，荷负电的粒子由东向西旋转。这种相向偏转的方式增加了正负粒子中和成原子的机遇，中和作用又强化了初始誘导磁埸的环流（如图9所示）。中和后的原子摆脱了磁埸力的作用，但保持原来正电粒子的自西向东的旋转方向（由于质子的动量远大于电子的动量）。旋涡中的原子经过几十亿年（地球年龄不小于四十亿年）的疑聚累积，形成了地球这个星体。这样地球的形成和地球的运动就同时受到星际磁埸的制约！

　　同样可以推论，其他星体或星体系的演化和旋转也将同时受到相应的星际磁

　　埸的制约。我们以太阳系的演化为例：可以设想，在太阳系所处的空间区域原来

　　并没有什么星体，只有一个由其他宇宙空间的星体旋进辐射所形成的旋涡磁埸

　　（即初始的诱导磁埸）。宇宙空间的游离的带电粒子从四面八方进入这个初始的旋涡磁埸，尽管粒子的速度方向与初始的旋涡磁埸的方向具有任意的夹角，但我们总可以把它们分解为互相垂直和相互平行的两部分，其中不排除大量的垂直入射和平行入射的带电微粒。先考察速度与磁埸垂直的那部分粒子，显然它们都受到洛仑兹偏转，部分将逃离磁埸回到空间去（大速率的粒子）；部分由于相向运动，正负粒子将相碰而中和成原子。在这里同样由于正粒子（如质子）的动量远大于负粒子（如电子）的动量，中和后的原子将保持原来正电粒子的运动方向。如果初始的旋涡磁埸的方向为天球向北，则原子的运动方向就是自西向东（如图10所示）。相向偏转形成的原子以及下面就要说到的方式生成的中性粒子将形成

　　星云，星云物质的碰撞凝聚又形成了行星和太阳。速度与磁埸垂直的正负粒子受洛仑兹偏转中和成原子之前将形成一个环流，这个偏转环流增强了初始的旋涡磁埸，从而使速度与磁埸平行的宇宙綫粒子感生一个反方向的环流（楞次定律）。这一感生环流的粒子将受到诱导磁埸的向心收缩，进而发生聚变反应，实现质能的大规模转换，产生出星体演化初期的种种天文物理现象。随着演化的进程，空间磁埸对粒子的偏转、约束和收缩作用逐渐被已成分子（原子）的凝聚态星体的大数力所取代。已成星体的大数力提供了旋进运动的径向引力，它们的质和能来源于宇宙辐射，它们自身的辐射又将反作用于宇宙。

　　由于磁埸对带电粒子的作用力（洛仑兹力）总是与粒子的运动方向垂直，换句话说，空间洛仑兹力的作用总是引起星体横向（切向）的运动。所以，关于星体在空间各向加速的多级环绕运动—“旋进”具有客观的实在性。牛顿关于神的第一次推动的说法应以星际诱导磁埸对宇宙粒子的偏转机制所取代，上帝在星体横向运动的问题上同样没有立足之地!

　　3.G的验证

　　由星体的磁埸起源可知，作为引力源的星体的质量M是一个演化的量。它可以是演化初期主要是埸能形式存在的量（M’＝E0/C2）；也可以是演化中期以电中性的分子（原子）和埸能共存的量（M’’＝M’+E/C2）；还可以是演化未期主要

　　是电中性的分子（原子）形式存在的量（M’’’＝M0）。由于引力源M在空间的分布具有这种因时因地不断变化的特征，引力系数G也将因时因地起变化（G＝4π2R3T－2M－1）。这一事实已被布兰斯、迪克和乔丹等人所察觉，他们算得的相对年变化率为10－10～10－11。

　　相对年变化率显然是个极小的量，在一定的时间范围内（远小于星体演化周期）可以把引力源看做相对恒量，那么G值就有有限的常数性。这一点也被人

　　们仔细分析过的天文观测资料所证实。

　　4.等效性

　　在宇宙整体辐射激发的某一区域的旋涡磁埸产生了象地球、太阳系这样的星体或星体系，同时还携带它们做相应的旋进运动。因此，它们的质量数反映的万有引力和由它们旋进运动的惯性力反映的万有引力具有共同的起源。当把月球环绕地球的轨道运动从宇宙背景中隔离岀来作为局部情况来考察时，可以用地球的质量数反映的万有引力（大数力）来描述；当把月球看作在宇宙背景中做各向加速的旋进运动的星体时，可以用旋进运动的惯性力反映的万有引力来描述（这种情况下，地球对月球的大数力将被宇宙间其它星体的大数力所平衡）。

　　可见，由质量数反映的万有引力（大数力）和旋进运动反映的万有引力（惯性力）这两种外表上完全不同的物理现象间的等效关系是通过星际磁埸的传递和转化实现的。

五. 结语

　　数百年来人们一直在实验室尺度下进行万有引力的观测实验，大到天文尺度，小到分子间距的万有引力实验至今还无人问津。把实验室测得的G值应用到所有有质量的物体上只不过是一个理论上的推论而巳。“万有引力”做为等效

　　于加速运动的惯性力确实是“万有”的，它存在于大到天体、小到核外电子的所有有质量的物体之中，而这种引力除了反映惯性效应外不可能辐射引力波。

　　“万有引力”做为分子（原子）的大数力并不是“万有”的。它应用在星体的相互作用上所以获得成功是由于星体或星体系只不过是更大数量的分子（原子）的集合体。应用到分子（原子）间距其实已超岀适用范围（当作用距离小于几百个埃时，平方反比定律已不成立）。在小于几个埃的间距范围内，分子间的斥力急骤增大，因此讨论无限制的引力塌缩，提岀体积为零、密度无限大的宇宙奇点→“黑洞”是没有正确依据的!

　　在天文尺度下，牛顿引力定律受到开普勒第三定律的约束，引力系数G既受引力源M的演化特性的影响，又有一定的时间范围内的常数性。

　　在实验室尺度下，相互作用的物质保持相对静止，开普勒第三定律不起作用，引力源没有演化特性，牛顿引力就是大数力，引力系数G就有灵敏地随物质组成而变化的趋势。

　　综上所述，万有引力既是构成星体(包括物体)的分子力的大数作用，又是星体(不包括物体)在空间各向加速的旋进运动的惯性效应，我们就不得不认为引力具有二象的特性。牛顿和爱因斯坦揭示的是万有引力的两个侧面。对于狭义的引力(相对静止的星体或物体)而言，运用牛顿定律就可以获得相当精确的描述；对

　　于广义的引力(空间星体或星体系)就只有采取以上所述的星体各向加速的旋进惯性来解说。

　　万有引力等效于惯性力，但万有引力又和电磁力相似；换句话说，万有引力既象是物质产生的，又象是惯性形成的。引力属性的这种二象性只有在宇宙空间通过星际磁埸的演化和制约才能得到解说。

　　参考文献

　　1.[美]H.S.塞耶编《牛顿自然哲学著作选》，上海人民岀版社　1974年版　第52页；

　　2.[德]A.爱因斯坦著、李颢译《相对论的意义》，科学岀版社　1966年版；

　　3.[中]秦荣先《引力理论的实验验证》，物理教学杂誌1983年第4期；

　　4.[美]R.A.Maller《宇宙背景辐射和新“以太”漂移》，世界科学译刊1979年第6期；

　　5.[美]阿西摩夫著、王涛译《宇宙、地球和大气》，科学岀版社　1979年版；

　　6.[中]张庆麟《水星磁埸成因之謎》，天文爱好者1983年第11期；

　　7.[中]倪光烔等编《近代物理》，上海科学技术岀版社　1979年版　第350页；

　　8.[中]《纪念爱因斯坦译文集》。

后 记

　　与其确认上帝是至高无上的；倒不如确认NS是至高无上的!

　　自然界本没有颜色，物体辐射的窄窄部分在人的视觉中形成了三颜七色。如果不是对颜色的机理研究的比较透彻，可能出现不少于三个学派、七家学说。他们致力于探索自然界究竟是什么颜色？! 他们会将主观感知不遗余力地强加给物质世界。

　　宇宙本没有始终，过去、现在和将来它都不会少掉一点什么，也不会多出一点什么! 由于人类自身有出生和死亡，某些人千方百计地构想宇宙是那年那月那日生、又会是那年那月那日死。

　　说白了，在宇宙时空中除了埸和粒子的相互作用及转化，其他什么也没有!

　　CSL