董长军

20世纪初，爱因斯坦在广义相对论中预言了引力波的存在。但事后人们用探测器从未测到过引力波的信号。尽管如此，人们仍然认为宇宙间大质量天体的相对运动是较强的引力波源，并继续把探测器的天线对准宇宙深处。其实，相对运动的物体都能引起和发射引力波，人们为何不改变—下探索思路先从地球引力波开始探测呢?为开拓地球引力波探测的新途径，笔者依据德布罗意物质波动理论对地球引力波的形成机理在理论上进行了推导，并设计制造了地球引力探测器，通过对地球引力波的形成的物理机制的理论求证，以及地球引力波探测器实测所碍到的数据分析，为引力波的研究提出一些新的认识和探测方法，旨在抛砖引玉，唤起同仁志士对引力波真实性问题以及引力波实际应用问题进行更深入的探讨。

一

在此之前，人们普遍认为，地球引力波是十分微弱的，就是将探测器的灵敏度调节到现有技术所能达到的极限也很难测到它的信号。趋于上述观念，人们从未考虑过对地球引力波的探测问题。实际上，十分微弱的波只要是客观存在，总会有办法探测到它。地球磁场不是也很微弱吗？而小小的指南针就能证明的存在。所以，问题不在于引力波的强弱而在于我们应用什么方法去探测它。

探测地球引力波，首先要确立正确的指导理论，并且，还应选择一个准确的突破点。本文认为，地球引力波的探测应以德布罗意物质波动理论为指导理论，以地球物质波的研究为突破点。这是因为，地球相对运动引起的物质波可以用德布罗意公式定量与计算出来，尽管计算得到的地球物质波的波长非常小，但它的引起机制却能启迪我们从地球相对运动这个角度去认识地球引力波形成的物理机制。因此，本文对地球引力波物理机制的求证将从地球物质波问题的研讨中展开。

二、

地球物质波形成的物理机制已是众所周知的，即地球的相对运动引起物质波。然而，地球的相对运动有不同的形式，不同运动形式下的地球所引起的物质波在性质上也应该是不同的。对这个问题，还应通过数学上的计算与推导才能给以正确的回答。以下我们依据地球实际运动状态来计算地球物质波的波频数值。

运用德布罗意公式计算地球因相对运动引起的物质波，首先要对所用的参数进行选择。例如，地球同时具有自转、公转和随银心转动这三个相对运动速度，究竞选择那一个速度较为准确呢？事实上，选择哪一个速度都是不准确的，唯有选择这三个速度之和才能真实反映出地球相对运动的状态。

地球具有三个运动速度，其中，地球自转的质心线速度为v₁，地球公转的线速度为V₂，地球随银心转动的线速度为V₃，这三个速度之和Ve即：Ve=V₁十V₂+V₃。

由于这三个速度分量的方向不在—条直线上，图1所示地球三个分量之间存在一定的夹角(图中S为太阳、P为地球)。因此，三个速度分量的矢量和V_k的表达形式还可以是

V_k=（V₁²+V₂²+V₂³）^{^1/2} *(l)

已知地球自转的切向速度V_切=4.63×10²M·S^-1，地球自转的轴心线速度V_轴=0，用平均速度求得V₁=（V_轴+V_切）^{^1/2}=2.315×10²M.S^-1。据天文资料记载，V₂=2.979×10⁴M·S^-1，V³=2.5×lO⁵M·S^-1。将数值代入公式*(l)．求地球相对速度的矢量和V_K：

∵V_K=（V₁²+V₂²+V₂³）^{^1/2} ∴V_K=2.518—10M·S^-1

将所得V_K代入德布罗意公式计算地球物质波的波长入+

∵入=h/p=h／m·V
入₊=h/p=h/m₊·V_K·G
=6.63×10^-34/(5.976·1O²⁴×2.518x10⁵×6.673×10^-l1)
=2.084×1O^-54M
(式中G为引力常数，与宏观天体运动有关的常量)计算得到，地球物质波的波长是一个小数。

应用德布罗意公式计算地球物质波的频率，同样要对所用参数进行选择。在选择1/2m₊·V_k²作为能量参数时，我们发现l/2m₊·V_k²与地球的实际动能数值不相符。从动能原理可以知道，实物质点在某一时候相对坐标系由O点位移至A点，无论它的轨迹是直线还是弧线，只要它在O点至A点之间那个假想的平面内没有发生偏离轨迹的其他位移，那它的动E=l/2m₊·V_k²，如果是这样，地球仅有随银心的转动线速度就能满足能量原理，而根本无需考虑地球的自转和公转。图2所示为地球随银心转动(图中E为银心)图。

事实上，地球的相对运动并不是单纯的质点二维运动。而是一个转动子的相对三维运动。有关地球相对三

维运动的动能问题，目前还是一个从未步及到的新问题。从地球相对三维运动的轨迹中不难看出，地球在某一时刻由O点至A点位移的轨迹是一条螺旋线。图三所示的是地球相对银心和太阳运动的单螺旋轨迹(图中E为银心，S为太阳，P为地球)。如果再考虑到抛球的自转，那么地球相对三维运动的轨迹就应该是一条双螺旋线。地球以双螺旋轨迹位移显然会偏离图三O点至A点那一假想的平面而发

生侧向位移。这样，它扫过的就不是一个假想的平面，而应该是一个假想的立体空间(如图4所示)。尽管还不知道作用地球发生偏向位移的能量从何而来，但根据地球有三个速度分量这一事实，可以断定地球动能E>1/2m₊·V_k²。在图4中，表征地球速度矢量和线段将立体空间一分为二。这显示，地球在相对三维运动时扫过的空间是立方体空间的一半。这就意味地球动能等于地球质量与其三维速度立方的乘积的一半，即

E=1／2m₊·V_k³ *(2)

将(2)式确定为与地球相对三维运动相关的能量参数代入德布罗意公式计算地球物质波的频率υ+

∵ υ+=E/h=1/2m₊·V_k³·G/h
∴ υ+=1/2×5.976×1O²⁴(2.518X10⁵)³×6.673×10^-11/6.63×l0^-34
=0.48×10⁶⁴H_Z

结果，由计算得到v+是—个大数。

三

从以上的计算过程中，我们注意到一个值得思考的问题，即地球处于相对三维运动状态时携带的能量可随速度的增加以几何形式递增，其在数值上要比地球相对二维运动时携带的能量大若干个数量级。为什么会出现这种情况呢?这是因为地球相对三维运动引起超物质波的物理机制具有一个显著的特征——地球自身扫过的是空间某位置中的—个立体空间的—半，而地球相对二维运动引起物质波的物理机制的特征却在于，地球扫过的是空间某位置中的—个平面。考虑到这两个物理机制具有不同的特征，因此，有理由认为：地球相对二维运动引起的物质波与地球相对三维运动引起的物质波的性质中不同的。

如果将地球相对二维运动引起的物质波称为物质波，那么地球相对三维运动引起的具有高能量特性的“物质波”就不能被称为物质波。依据上述不同的物理机制，可以认为，地球相对三维引起的是一种波，但并非物质波。

四

既在理论上推得地球相对三维运动引起的为非物质波，能不能设想这种非物质波就是人们寻找已久的引力波呢?

假定这一设想是成立的，那么，依据以上推导得出的引力波形成的物理机制，我们就可以设计制造地球引力波探测器。这个探测器的工作原理应摸拟地球的相对三维运动状态来构思和设计，可制造成一个进行相对三维运动的实物球形探测器，让探测器自身引起引力波。笔者推测，相对三维运动的实物球形探测器引起的引力波与地球引力波应该是同一类性质的波。根据同性相斥的自然规律，实物球引力波将被地球引力波排斥到地球引力波范围之外。这是因为，地球引力波中携带的能量大，而实物球引力波中携带的能量小。若事情真像笔者推测的那样，人们将会在实物球相对三维运动的实验中看到实物球形探测器自身的重量逐渐减小，甚至能离开地面向空中移动。这，样，就可以间接证明地球引力波是真实存在的。

为求证以上理论推导的正确性，笔者设计制造了实物球形探测器，并进行了实测，其结果与理论推导完全—致。

五

经过以上的理论推导及实验求证，本文对地球引力波形成的物理机制的新认识可归纳如下：

（一)地球引力波是客观真实存在的。

(二)地球引力波形成的物理机制是地球本身的相对三维运动。

(三)地球引力波中携带的能量就是地球相对三维运动的动能，其数值等于地球质量与三维速度立方的乘积的一半。

(四)模拟地球相对三维运动的实物球形探测器实验装置是验证地球引力波物理机制真实性的唯一有效方法。