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再论以太浮力——关于万有引力变化的讨论
段灿光
摘要：以太浮力是所有天体在太空中运动受到的一种微弱辏力。在辏力场中，以太浮力为斥力，跟引力的方向相反。如果把万有引力的减小值看作是万有斥力，即以太浮力，就可将万有引力和以太浮力有机地结合起来。本文从以太浮力的定义出发，讨论了以太浮力的物理意义，以太浮力对天体运动的影响，以太浮力跟万有引力异常之间的关系，以及受到以太浮力的影响，万有引力的计算。最后，还讨论了几种引力异常现象。
1、以太浮力及其物理意义
自从十七世纪以来，“以太”一直是物理学领域中的一个持久争论的问题，这种争论已经渗透到了许多自然科学领域之中。直到现在，仍然没有更好的理论来替代以太学说。历史上许多著名的科学家、哲学家，如亚里士多德、笛卡尔、牛顿、莱布尼兹、伽利略等，都承认宇宙空间处处充满了非常稀薄的以太介质，绝对没有物质的空间是不存在的。中国古代的哲学家和科学家也认为，宇宙空间充满了“气”，“气”是化生世界万物的元素或本源，是构成万物的原始材料。张载认为：一切存在都是气，整个宇宙都由气构成。无形的虚空是气散而未聚的状态。太虚不能无气，气有聚散，聚则为万物，散则归于太虚。太虚、气、万物是同一实体的不同形态。这些论述说明，古代中外科学家和哲学家对太空背景介质的认识是一致的，是统一的。可以说“气”就是“以太”，“以太”就是“气”。
现代天文观测表明，宇宙空间，行星际空间并非绝对的真空，其中分布着极其稀薄的气体和极少量的星际尘埃，分布着丰富的各种基本粒子。太空并非虚空，以太很可能就是星际物质“气化”了的形态，它是物质存在的特殊形态，其存在性还暂时没法用现有的仪器直接探测。天文观测还发现，在星际空间除万有引力外，还有一种莫名其妙的波——太空“海啸”。这种波一旦发生，行星之间的引力强度会发生很大的变化。这种波就可以认为是以太波，因为它反映了以太存在的最根本的物质属性——运动。
由于太空中存在以太，在太空中运动的天体或人造物体，必然受到以太介质的浮力作用和阻尼作用，本文称浮力作用为以太浮力。按《以太浮力论》一文分析证明，以太对运动于其中的天体的浮力，表现为一种粒子之间的相互碰撞，是一种按体积均匀分布的浮力。这种浮力跟物体的形状无关，仅跟物体的体积和运动加速度有关，计算式为：
（1）式中F代表天体运动受到的以太浮力，为矢量。k叫以太浮力常数，为常量，数值待定。V代表天体的体积。γo是背景介质的密度，即以太密度，数值很小。a代表天体运动的加速度，也是矢量。负号表示向量F和a的方向相反。
以太浮力属辏力，在辏力场中以太浮力为斥力。以太浮力是存在宇宙中的一种特殊作用力，一切
天体都会受到这种力的作用。（1）式表明，以太浮力的大小正比于天体排开同体积的以太介质的总质
量与运动加速度的乘积。如果取以太浮力常数k = 1，则可推得，某一天体受到的以太浮力，大小等
于它排开同体积的以太“重量”。如果将这一结果跟阿基米德原理相比较就会发现，两者完全一致，物理意义也相同。这说明以太浮力本质上是以太介质对天体的“浮力”，数值非常小。因为，以太浮力的方向跟万有引力相反，所以，表现为万有斥力，或逆引力。从（1）式还可看出，在宇宙中运动的天体，密度越低，运动加速度越大，受到的以太“浮力”越大；相反，密度越高，运动加速度越小，受到的以太“浮力”越小，甚至可以忽略不计。这就是以太浮力的物理意义，就是宇宙中普遍存在的阿基米德原理。
2、以太浮力与万有引力的关系
过去人们一直认为引力常数G是不会变化的。但从20世纪初以来，随着时间推移，这一观点越来越受到研究人员的怀疑。由于宇宙在不断膨胀，物质密度变得越来越稀薄，所以，多数研究者认为引力常数G值随着时间在变小。确实，用引力常数G随时间的减小，可以解释地球的膨胀，可以解释月球运动中的不可理解的加速度，还可以解释星系和类星体的一般红移等现象。以致目前关于引力常数随着时间在不断减小的观点很受重视。因为以太浮力跟万有引力的作用方向正好相反，所以，以太浮力始终是削减万有引力的。只要以太浮力大到能被观测到的量级的太空区域，自然会“削弱”万有引力，或“折减”引力常数G，引起引力“异常”。就太阳系内的两体问题而言，万有引力就是太阳对绕行天体的吸引力，数值应等于绕行天体的离心力与所受到的以太浮力之和。现有的引力理论只涉及到万有引力的第一项，忽略了以太浮力。因以太浮力非常微弱，对大多数天体，通常忽略以太浮力，牛顿万有引力定律在宏观上仍然是精确的。但是，对一些密度低、体积大、运动加速度大的天体，受到的以太浮力相对万有引力较大。如果忽略以太浮力的作用，直接用万有引力定律描述这些天体的运动，必然会出现“非引力效应”现象。
为解释“非引力效应”，有必要建立以太浮力同万有引力之间的数值关系。设V、m和γ分别为太阳系某一天体的体积、质量和平均密度，P为太阳对该天体的吸引力，F为该天体受到的以太浮力，G为引力常数，M为太阳质量，r为日心到该天体质心的距离，a为该天体绕日运动的加速度。由（1）式和万有引力定律可得
（2）式中略去了其他天体的摄动力。式中P和a同方向，F和P反方向，代入已知量，把向量式改写为投影式得：
为了方便，把K叫做以太折减系数，G叫做绝对引力常数，G′叫做相对引力常数。因为以太浮力常数同以太密度的乘积k γo始终大于零，所以以太折减系数K始终小于1。（3）式说明，在宇宙空间中，由于以太浮力的影响，万有引力略有减弱。如将引力常数进行适当折减，万有引力计算公式仍可保持不变。具体做法是，用相对引力常数G′替换原计算公式中的绝对引力常数G。这就是万有引力计算公式的不变性，就是万有引力同以太浮力的关系。
要特别指出的是，由于以太浮力作用，引力常数变小了。但这并不是说，万有引力的确会随时空的变化而变化。以前人们对万有引力变化的种种猜测，都是由于对以太浮力认识不清造成的。可以认为，万有引力规律是不变的、恒定的。但是，因为以太浮力作用而出现的“非引力”效应，本文采用折减引力常数的办法来建立以太浮力同万有引力之间的关系。把引力常数当作变量，这纯属是为了表达简便而进行的数学变换，并非引力常数真的在不断变化。实际上引力常数，无论数值精度高低，永远是一个常数，它不会随天体的运动状态、所处时空的位置而变化。
3、对几种万有引力异常现象的讨论
3.1、对水星进动的解释
水星进动指水星近日点在其绕日公转轨道上的移动。纽康曾认为，这是由于牛顿万有引力定律
中的n不是整数2，而是一个略大于2的数造成的，也就是水星进动是万有引力减小引起的。纽康在对四颗内行星的研究后得出，n
= 2 + 1.574×10-7，但当用这一结论来研究月球的运动时，却出现了矛盾，以致无法解释水星的进动。1916年爱因斯坦提出广义相对论后，好象水星进动的问题已解决了。但如考虑到岁差常数变化，太阳形状影响，广义相对论就难以验证水星的进动。直到现在，水星近日点进动的问题仍未最终解决。
本文认为，水星进动是受以太浮力作用的结果。在太阳糸内，类地行星绕日运动的轨道半径变化均很小，轨道具有近圆性，加速度变化幅度较小，轨道上背景介质的密度基本不变化。加之类地行星体积较小，密度较大，所以，多数类地行星受以太浮力的影响极弱，基本可以忽略不计。事实上，现有的天体力学结论正是在γo=
0，K = 1，F = 0的基础上推得的。但是，类地行星中，水星的运动轨道最扁，离心率e最大，距日最近，又处在太阳的稀薄大气层内运动，背景介质密度大，最容易受到以太浮力的明显影响，尤其在近日点附近运动时更是如此。由于太阳大气密度会随太阳活动而变化，所以水星受到的以太浮力也会随水星运动及太阳活动的变化而变化。这种变化着的、较大的以太浮力削弱了太阳引力，使得水星公转周期变化，轨道半径伸缩。而轨道半径和绕日周期的变化，就可形成水星的进动。
3.2、对彗星运动周期变化的解释
观测表明，彗星绕日运动的周期，有不断延长的，也有不断缩短的。如哈雷彗星在1835年和1910年过近日点都延缓了三天。一般来说，在不考虑摄动的情况下，影响彗星运动周期的因素有两个，一是彗星质量的增减，二是以太浮力的变化。彗星质量变化，在彗星由远日点向近日点加速运动过程中，彗尾物质不断挥发，质量是不断减少的；相反，在彗星由近日点向远日点的减速运动过程中，质量是不断增加的。显然，轨道愈扁，离心率愈大，背景介质密度γo愈低，彗星在运动中质量的增减幅度也愈大；轨道愈圆、离心率愈小，背景介质密度γo愈大，彗星在运动中质量的增减幅度也愈小。但是，彗星绕日一周，质量的增减不会正好平衡。这样，在彗星运动过程中，由于质量不断变化，引起太阳引力波动，引起运动周期变化。另外，在以太浮力变化方面，太阳系内，彗星运动的空间区域最宽，尤其是掠日彗星，近日距可小于0.10个天文单位，远日距却可超过50个天文单位。运动空间从太阳大气层延伸到太阳系边缘，运动周期超过200年，甚至更长。这样，在彗星绕日运动过程中，背景物质的的密度γo不会处处相同，存在一定幅度的波动（尽管波幅可能不大）。同时，因为整个太阳系还在绕银核中心运动，当太阳系接近或通过银河旋臂时，背景介质的密度γo也会变化。所以，在彗星运动过程中，以太密度γo增大时，以太浮力亦随之增大，运动加速度减小，运动周期延长。以太密度γo减小时，以太浮力亦随之减小，运动加速度增大，运动周期缩短。这就是说，彗星质量增减，以太介质浮力变化，都会改变彗星运动的周期。但是，在通常情况下，以太密度γo和彗星质量的变化均很小，甚至难以觉察，以致人们不易观测到彗星绕日运动周期的明显变化。上述分析表明，彗星运动周期的变化，决不是由“非引力效应”引起的，而是由以太浮力和彗星质量变化引起的。
3.3、对第五种力的解释
1992年埃奥特沃斯做过一个实验，以当时很高的精度来验证万有引力定律。根据万有引力定律，物体下落的重力加速度值应是一致的，但他发现测量数值存在1%的微小变化，无法用测量误差解释。后来菲茨巴赫等人重新分析了埃奥特沃斯的实验，认为不同物质和不同化学结构的物体，重力加速度不同。造成实验中重力加速度偏小的原因，是由于有一个微小的排斥力在起作用的缘故。因为这种力既不是电磁力，也不是万有引力，所以称它为“超电荷力”，或叫“超负载力”。通俗点讲，这种力是“万有斥力”，也叫第五种力。关于第五种力，学术界还没有统一的观点，肯定的意见认为：第五种力与重子数（质子数加上中子数）成正比，或决定于中子数与质子数的差。还有的人认为，引力加速度不但与质量有关，还与温度有关，冷物体比热物体下落得快。
第五种力，实质上就是以太浮力。不论物质还是物体，含重子数愈多，密度愈高，含重子数愈少，密度愈低。因为，以太浮力跟物体的密度成反比，所以，在重力场中，重子数多的物质，密度大，受到的以太“浮力”小，重力加速度就大，下落就快；重子数少的物质，密度小，受到的以太“浮力”大，重力加速度就小，下落就慢。同理，处在相同重力场中的同种物质，温度高的密度小，体积大，受到的以太浮力大，重力加速度就小，下落就慢；温度低的密度大，体积小，受到的以太浮力小，重力加速度就大，下落就快。第五种力反应的是不同密度的物体，在重力场中下落时，受到的介质浮力不同，重力加速度也不同。人们之所以把这种力叫万有斥力，那是因为这种力削弱了万有引力，这种力就是介质浮力，就是以太浮力。
4、结束语 —— 万有引力的亏损值就是以太浮力
通过上面的讨论可知，以太浮力是宇宙空间普遍存在的一种微小作用力，是太空背景介质对天体的“浮力”。对于密度低、体积大、加速度大的天体，其运动会受到以太浮力的明显影响；对于密度大、体积小、加速度小的天体，其运动受以太浮力的影响可以忽略不计。以往对引力变化的认识，都可用以太浮力作用合理解释。这就是说，无论是引力常数变化、万有引力变化，还是万有斥力、超电荷力、超负载力、第五种力，本质上都是以太浮力，是万有引力受到介质浮力影响而出现的异常现象。在过去的几十年中，研究人员并没有认识到这一点，而是投身于更精确测定引力常数G的工作中，力图对引力的变化有一个定量可靠的解答。但是，令人沮丧的是他们得到了不同的数值，甚至是相互矛盾的结果，这使得许多研究者陷入困惑之中。严格来讲，在地球上或在地球附近的空间中，要想准确测定G值是不可能的。因为G的测量值受到多种因素的影响，符合测不准原理。在地球上测量G值就是测量某地的重力值。由于重力受到地球摄动、地球运动、测量时间、地点、方法以及太空背景场变化等多种因素的影响，而现有的科学技术水平，还无法排除这些干扰，以致无法测定G的精确值。今后要想准确测定G值，一是有待万有引力理论的突破，二是有待测量方法和工具的完善。
空间中以太媒介的存在，一方面影响着天体的运动。另一方面，天体的运动，反过来改变着空间的性质。最终，空间的性质由引力场决定。空间和天体，两者在运动中相互影响，相互作用，互为因果。这就使得两者的作用变得十分复杂而有趣。这种作用，不光有物理作用，还有化学作用。仅就物理作用还可分为，力学作用、电磁作用等方式，浮力作用只是其中的一种。太空“海啸”就是以太波。以太波袭击天体时，产生太空和天体之间的综合作用。当这种波通过地球时，行星际空间的背景物质密度和性质剧急变化。较平时变化幅度大得多的以太浮力改变了太阳对地球的引力，激发全球性的地震、火山、气象等重大自然灾害，破坏全球的生态平衡。今后，如果要准确预测全球性的地质和气象灾害，就必须精确测定引力常数G，就必须深入研究和监测以太的变化，就必须深入探讨空间和天体间的相互关系。这就是发现和认识以太浮力的巨大意义。
主要参考文献和深入理解阅读的部分文献：
1、《以太浮力论》 段灿光著 本文集
2、《彗尾成因论》 段灿光著 本文集
3、《彗星运动规律分析》 段灿光著 本文集
4、《介质浮力存在的普遍性》 段灿光著 本文集
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10、《中国大百科全书·物理学》 主编：
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11、《中国大百科全书·哲学》 主编：胡绳 1987年10月中国大百科全书出版社
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1993年12月海南出版社、国际文化出版公司合作出版
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16、《气候纵横论——宇宙、日、月、地球及气候》
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17、《天文地质学概论》 徐道一、杨正宗等编著 16K、P284 1983年10月地质出版社
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19、1998年12月22日 《中国科学报》
20、1998年12月29日 《中国科学报》
21、1999年1月4日 《科学时报》
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