實測萬有引力傳遞速度項目建議書

編制人：彭曉韜

編制日期：2020.04.25

一、項目目的

萬有引力的傳遞速度到底是多少目前並沒有任何的實際測量數據。只有依據所謂的引力波觀測事件與天文觀測事件人為配對推算出的結果：與光速基本相同。但因為引力波事件目前人類僅發現過幾期，但天文觀測事件幾乎每天都會有。因此，在這種事件的數量完全不對等的情況下進行的人為配對的成功率和可信度如何仍無法驗證。急需找到合適的方法來實測萬有引力的真實傳遞速度。本項目就是為了完成此項任務，以填補萬有引力傳遞速度測量的空白，其意義和重要性不言自明。

二、項目基本原理

我們知道，在地球表面上的重力勘探中，需要對天體，主要是太陽與月球產生的萬有引力值進行校正。此種校正補稱作日改正。而日改正值的大小是隨時間或太陽與月球的空間位置變化而變化的。一般採用固定位置、固定採樣間隔進行實際觀測方法來獲得實測數據。在勘探精度要求不高時，也可以利用天文臺提供的太陽與月球不同時刻所處的空間位置數據進行計算。根據實測或理論計算的日改正數據均存在一個規律：太陽或月球位於觀測點所處的天頂位置上會出現極大值。而當日食時，日食位置位於天頂處時會出現比其他任何時候都大的極值。也就是當日食的食甚時刻正好為本地時12點時，日改正值為前後兩次日食期間的最大值（重力實際觀測值為最小值）。

我們知道，月光與陽光到達地球的平均時間分別約為1.27秒和8分20秒。也就是我們在地表看到日食的食甚時刻（月球、太陽與地面觀測者位於一條直線上）實際是1.27秒前的月球擋住了8分20秒前的太陽。也就是此時刻月球與太陽的實際位置分別位於1.27秒、8分20秒後我們才看到它們的位置上。

當萬有引力傳遞速度不是無窮大時，則會出現與月光和陽光一樣的現象：地球表面測量到的數值是月球與太陽一定時刻前所處位置產生的萬有引力值，並非實時數值。因此，我們可以利用萬有引力傳遞速度與光的傳遞速度間的相對關係進行萬有引力傳遞速度值的間接測量。具體方法是：利用日食食甚位於天頂處時刻前後一定時間段內的重力測量數據計算出實際重力觀測值中的最小值所對應的時刻（此時刻實測的重力值正好為月球、太陽和觀測儀處於一條直線上的時刻產生的萬有引力值），並利用此時刻與食甚時刻間的相互關係再計算出萬有引力的傳遞速度實測數值。

三、項目可行性分析

目前實測重力設備的精度及採樣間隔均可達到本項目的所需要的精度與頻率。只需根據天文預報的日食時間，事先在日食食甚時刻位於天頂處的地面上的南北子午線方向上均勻布置幾臺同精度的重力儀，並在食甚開始前半個小時以上開始採集重力數據，直到食甚結束後半個小時以上再停止數據採集就可以獲得所需要的實測數據。再對實測數據進行求極小值即可獲得所對應的重力上的食甚時刻（月球、太陽與重力儀位於同一直線上的時刻，太陽與月球產生的萬有引力同時到達地面的時刻）。從技術和設備上講，本項目不存在任何問題，項目是完全可行的。

四、實施方案

利用日食期間實測萬有引力傳遞速度方法

（一）、實測條件簡介

1、日全食位置：實驗裝置設置在日全食位於天頂處附近的地面，以確保實驗裝置能實測到太陽、月球正好位於實驗裝置上方的天頂處時由太陽（月球）產生的電磁輻射強度和萬有引力強度實測數據。也就是說：日全食食甚正好位於實驗裝置的正上方。如下圖一所示：

2、太陽輻射強度測量裝置：測量裝置的測量時間間隔應在0.1秒以下（採樣間隔越小越好），以便更好地計算萬有引力傳遞速度。測量開始與結束時間分別為食甚前、後30分鐘。

3、萬有引力強度測量裝置：測量裝置的測量時間間隔應在0.1秒以下（採樣間隔越小越好），以便更好地計算萬有引力傳遞速度。測量開始與結束時間分別為食甚前、後30分鐘。

（二）、實測結果預測

假設：萬有引力傳遞速度為Ｕ；陽光傳遞速度為Ｃ；食甚時太陽到實測裝置的距離為Ｌ，則有：

陽光從太陽表面到實測裝置所需時間為：

　　　　　　　　Ｔ光＝Ｌ/Ｃ　　　　　　　　　　　　　　　　　　（公式一）

萬有引力從太陽到實測裝置所需時間為：

　　　　　　　　Ｔ引＝Ｌ/Ｕ　　　　　　　　　　　　　　　　　　（公式二）

當日食達到食甚時，太陽輻射強度應為最小值，萬有引力（實測重力值）也應為最小值。因此，可利用日食期間對太陽輻射強度和萬有引力強度的連續測量，分別求得太陽輻射和萬有引力強度的最小值所對應的時刻Ｔ光和Ｔ引。再利用兩者的關係計算出萬有引力傳遞速度Ｕ：

將（公式二）減去（公式一）可得：

　　　　　　Ｔ引－Ｔ光＝Ｌ/Ｕ－Ｌ/Ｃ　　　　　　　　　　　　　　（公式三）　

整理（公式三）可得：

（三）、實測結果可能性分析

由（公式四）可得出如下幾點結論：

1、當Ｔ引＝Ｔ光時，由（公式四）可知：Ｕ＝Ｃ。即萬有引力傳遞速度與光速相同；

2、當Ｔ引>Ｔ光時，由（公式四）可知：Ｕ<Ｃ。即萬有引力傳遞速度低於光速；

3、當Ｔ引<Ｔ光時，由（公式四）可知：Ｕ>Ｃ。即萬有引力傳遞速度高於光速。

通過以上分析可知：只要測量太陽輻射強度和萬有引力強度的採樣間隔足夠高（求得的最小值對應的時刻足夠準確），就可以很容易地判定萬有引力與光速間的相互關係。但要準確測量萬有引力傳遞速度，則需要儘可能提高測量太陽輻射強度和萬有引力強度的採樣間隔。當然，就測量技術而言，人類目前完全有能力利用以上方法實現對萬有引力傳遞速度的實際測量。