关键词语：同源辐射 频移 观测效应 引力场 度规张量

同源辐射的能量子ε=hν的频率为什么会不同？通常都把这种频率变化称之为“频移”，用多普勒效应予以解释，认为当发生辐射的物体远离时频率变小（称红移），靠近时频率变大（称蓝移）；对于在引力场中的变化，则解释为“一个钟所处的引力势越低（深），它走得越慢，而那里发出的光在引力势较高处去接收就会发生红移”（1-P92）。简言之，对动态发光体，频率变化跟物体相对于观察者的速度相关；对静态发光体，频率变化跟观察者处于引力场中的位置相关。亦即是说ε=hν的频率不同，仅只是由于不同观察者观测的结果，实际的“固有频率”是不变的。

20世纪60年代以来，被一些实验证明的却是另一种情况，现举例如下。

一、相关资料

1、1960年有人曾经利用穆斯堡尔效应，精确测出高度差H=22.5m，一条 γ谱线的波长相对变化为△λ/λ～2.5×10-15，与理论预告值在误差范围内符合（1-P94）。

2、1962年又有人在水塔上下放两个精确的钟，发现底下那只钟确实走得慢些，学界普遍承认这都是广义相对论效应作用的结果（2-P41）。

3、1971年美国海单天文台与华盛顿大学联合，乘商业航班机环球航行，向东飞行损时39纳秒（计算值为49纳秒），向西飞行增时273纳秒（计算值为275纳秒）（3-P38）。

二、对传统的反思

频移：指同源辐射ε=hν的谱线在光谱上位置不同。属于一种现象。
解释：“当光从地球的引力场往上走，它失去能量。因而其频率下降（这表明两个波峰之间的时间间隔变大）。从在上面的某个人来看，下面发生的每一件事情都显得需要更长的时间”（2-P41）。

频移的物理学机制被释为ε=hν失去或获得能量。

三、分析与推论

1、辐射频率随高度H而变是事实；频率与速度相对应的关系可以由方程直接计算，并存在频率与速度一一对应的关系。故而频率变化绝对不仅仅是由于观察者所处的位置或有无相对速度而引出的观测效应，传统的解释肯定有问题。

2、由动态发光体的频率与速度一一对应的关系可以推出，静态物体的辐射频率不同，应该跟高度H存在一一对应关系。由于空间度规张量gμν只与径向坐标r相关，可以判定辐射频率与gμν必存在一一对应的关系。

3、1960年的实验和1962年在水塔上下放两只钟，观察记录数据的位置不可能会定在同一高度，根本就不存在“在地球引力场往上走”的事实。可以判定霍金的解释是错的。
依据上述事实可得推论如下：

推论：能量子ε=hν一经辐射出来，其频率就固定不变；并非是由于观察者在地球引力场中所处位置不同，或者是观察者相对于物体有速度而引起的观测效应。

四、实验

将1960年、1962年两次实验合而为一，重做原子钟实验以确证辐射频率由发射时所处的高度H决定，即辐射能ε=hν的频率只与径向坐标r（即H）直接相关，而不是因为“光从地球的引力场往上走，它失去能量” 。

具体方法是取两个原子钟静置于高度差H=45m，一个月后两个钟将相差13纳秒。
△T/T（△λ/λ）=2.5×10-15/22.5m×45m×2.59×10-6s/月=13×10-9s/月。

如果正是这个结果，说明辐射频率与高度H之间存在着简单的线性关系，即ν∝H；如果不是这个结果，需要改变高度再取几个数据，由实验数据导出经验方程，可以预言这个方程中必然包含自然数e。

五、意义

1、确证传统将频率变化的原因解释为“光从地球引力场往上走，它失去能量”，或者解释为观测效应是错误的。

2、结合1960年的实验数据导出辐射频率与径向坐标r的定量方程，完成爱因斯坦未竟的事业：广义相对论效应gμν作用于质点的方程已由他完成，而作用于辐射并决定辐射频率的方程，则亟需予以建立。

3、该方程的建立对修正卫星制导的误差，将具有决定性作用。

[参 考 书 目]
（1）倪光炯等著 近代物理 上海科技出版社 1979年
（2）(英)霍金著 许明贤等译 时间简史 湖南科技出版社 1995年
（3）(美)巴里派克著 爱因斯坦的梦 湖南师范大学出版社 1989年

关于实验的补充说明

实验不一定采用论文中要求的原子钟，亦可以采用在不同高度直接测出同源辐射的波长相对变化量；因为是重复60年代的实验，估计不会有太大困难；其意义在于确证原来对实验的解释是错的，即传统依据多普勒效应解释相对论性频率变化的理论应该彻底废弃。只要能测出可以跟1960年的实验相比较的数据，就能够导出相对论性量子（即辐射）方程。
物理学研究的对象分粒子、电荷、量子三大系统，爱因斯坦和狄拉克分别完成了相对论性粒子方程和相对论性电子方程，相对论性量子效应一直因为太微弱而被忽略；而今已被广泛使用的卫星导航与制导，由于卫星高度已达到107数量级，广义相对论效应理当不应该再忽略，该方程的建立可以对航天、卫星制导等领域影响精度的极小误差，给出必要的修正。

关于辐射频率与辐射时的高度对应，并非是由于在引力场中运动而改变观念的确立，有关航天和卫星制导的理念亦必须改变。比如火星探测器可以准确接收到地球上的指令，就因为接收装置跟地球上发去的指令是同步的；而从火星探测器上发回来的信息，跟接收装置原定的频率已不再同步，其最突出的表现是信息到达接收器的时间会超前些。这种效应对固定的接收装置不会产生明显的影响；而对运动中的导弹，因为由卫星发回的指令，跟它接收时状态的关系，都是预先设置好的，其依据是辐射ε在引力场中运动时将发生频移；然而真实情况则是卫星上发出来的辐射ε的频率并不改变，导弹接收到信息的时间就总会超前一些。因为通常在卫星远离地球的时刻反馈回来的信息，时间超前的值比较大些，这时候导弹与原来预想状态的差距亦比较大，就难免会出现“差之毫厘，失之千里”的误差。相对论性辐射方程的确立，对修正高速运动目标由于接收到的指令些微超前产生的误差，是非常必要的。

实验意义可补充如下：

1、确证不同高度的波长变化并非是由于“光在地球引力场往上走”，不仅可以对传统以能量变化解释频率不同作出勘误，还将会成为实验物理学史上的一个经典。

2、该实验将会成为否定“宇宙在膨胀”的一个非常重要的实验判据（参看拙作“宇宙并非在膨胀的验证” ）。

3、对拙作“时间随R而变的方程”给出中国人自己的实验支持。