摘要：愛因斯坦剛開始時認為引力是由光速變化造成的，光速在時空的變化造成引力場。但是，愛因斯坦沒能成功以光速變化來重建牛頓引力學理論，所以愛因斯坦後來放棄了這個思路，轉而以時空彎曲的假設重建牛頓引力學理論。這其中最重要的原因可能是當時量子力學還沒有發展起來，愛因斯坦無法以量子力學為基礎重建牛頓引力學理論。本文將以光速變化為假設，以量子力學中基本粒子最基本的運動方程為基礎，重建牛頓引力學理論。

前言

今年是廣義相對論創立一百周年。廣義相對論進一步發展了牛頓的引力學理論，預測了光線的引力彎曲，引力紅移，和成功地解釋了水星近日點的進動。但是相對於牛頓引力學，廣義相對論非常難懂，非常複雜。同時，由於其引力方程對於絕大部分問題非常難解，使得該理論很難應用。同時，廣義相對論在預測光線引力彎曲上自相矛盾，預示着自身的邏輯的不完備性。廣義相對論造成物理學現在有兩個基石，一個是量子力學，另一個就是廣義相對論。這兩個理論並不是相互兼容，有時還相互矛盾。

廣義相對論非常難懂。愛因斯坦在1905年發表的狹義相對論論文時否定了以太的存在，認為光在真空中不需要任何介質去傳播。在其1915年廣義相對論論文中，認為空間可以彎曲。對於一般人來說，如果真空是真正地空的，就連傳播光波的媒體都不需要，那麼真空如何彎曲？如果造成彎曲的？以及到底是什麼東西彎曲？第一個概念已經非常讓普通人難於理解，那麼第二個概念就更超出了一般人的想象和理解。

在愛因斯坦廣義相對論中，不僅僅是空間彎曲，時間也參加進去，時空將在物質與能量的影響之下同時彎曲。如果空間彎曲一般人腦還可以想象，那麼時空同時彎曲將遠遠超出普通人的想象。為什麼物質與能量可以造成空間彎曲？物質與能量又是如何造成時空彎曲的？愛因斯坦廣義相對論中並沒有給出任何解釋。

廣義相對論非常複雜。為了描述時空彎曲，數學中的度規概念被引用。時間加空間已經4維，為了描述4維時空距離，度規為4x4矩陣，其中共有16個參數，10個是獨立的。有了度規作為時空距離度量，為了描述彎曲，還需要在微分幾何中的曲率張量的概念。但是曲率張量是一個反對稱的四階張量，有256個分量。而愛因斯坦場方程是一個以時空為自變量、以度規為因變量的帶有橢圓型約束的二階雙曲型偏微分方程組。別說求解極為困難，就是理解該方程組，沒有物理與數學雙博士學位都很困難。致使有一段時間號稱世界上只有兩個人懂廣義相對論。相比之下，牛頓的引力學理論就非常簡單易懂，高中生就可理解。

愛因斯坦的廣義相對論引力方程對於絕大部分問題非常難求解。愛因斯坦本人一開始認為該方程組無法解。之後，對於一個靜止的絕對均勻和對稱的球體所造成的時空彎曲，史瓦西解出愛因斯坦引力方程組，給出一個準確解。稍後，科爾找到了對於一個均勻旋轉的絕對均勻和對稱的球體的解析解。而對於其它條件下的問題，如多個物體，運動的物體，非絕對均勻和對稱的球體，目前還沒有人知道如何求解。

為了得出物體的運動軌跡，求解極為複雜的愛因斯坦引力方程只是第一步，另外還需要求解廣義相對論中的測地線方程。該方程同樣也非常複雜。為了大家有個體會，這裡給出該方程：

這裡克里斯托費爾符號，定義為：

這裡是度量張量。

只有解了該方程之後，才可以得到物體在一引力場中的加速度，速度，和軌跡。但是，當有兩個或兩個以上物體相互作用時，其中任何物體空間位置及速度的改變，將會造成引力場的變化。換句話來說，在廣義相對論中，任何物體空間位置及速度的改變將改變時空曲率，為了求解問題，又必須回到第一步，求解愛因斯坦引力方程，再求解廣義相對論中的測地線方程，如此循環往復，極為複雜，往往是第一步就卡殼。

相比之下，牛頓的引力學理論就非常容易求解。正是因為如此，人類才可以精確計算行星及其它空間物體的運行軌跡，同時可以精確計算物體在地球的引力影響下的運行軌跡。一個科學理論的提出是為了幫助人類認識自然和解決實際問題，追求簡單易懂和實用的理論應該是科學追求的目標。

廣義相對論的基石是等價原理，即一般加速度等價於引力加速度。但是根據等價原理計算出的光線引力彎曲只有根據廣義相對論引力方程計算出來的一半。這說明，廣義相對論與它的基石相互矛盾。是廣義相對論自身有問題還是其基石需要修正？目前還沒有人給出一個令人信服的答案和解釋。

物理學的兩個基礎：廣義相對論及量子力學，經常互不相容， 例如的著名火牆悖論問題。另外，廣義相對論的解的奇點(無窮大)推測出的“黑洞”，及黑洞裡的時空翻轉，就連愛因斯坦都沒有認同。大自然只可能按一套物理學規律來運作，不可能同時有兩套互不相容的規律。所以統一物理學的基礎是非常重要的。由於量子力學已被無數實驗所驗證，但驗證廣義相對論的實驗只有非常少數，大部分還不是結論性的。所以最大的可能性是廣義相對論被量子力學所統一。也就是說，引力場可以通過量子力學來得到解釋。

愛因斯坦在1907年剛開始，憑他超人的物理直覺， 認為引力是光速變化造成的。並認為物質造成周圍光速的變化，並形成引力場。量子力學主要基礎是在相對論創立之後才發展起來的。愛因斯坦從1907-1915創立廣義相對論時不可能以量子力學為基礎和光速變化來解釋什麼是引力。所以，愛因斯坦後來放棄重力是由光速變化造成的假設。由於當時狹義相對論非常熱門，愛因斯坦對其又有很大的貢獻，而狹義相對論關鍵是時空變換，加上當時有數學家建議愛因斯坦空間可以彎曲，並且可以用時空同時彎曲來解釋牛頓引力學。剛開始愛因斯坦也不相信空間可以彎曲，他只認為時鐘在引力場中可以變慢。但是，在發現只有時空同時彎曲才能解釋牛頓引力學之後，再在經歷了許許多多挫折和彎路，愛因斯坦終於在1915年提出了基於時空彎曲的廣義相對論理論，給出了其中最重要的經過許多修正後的引力場方程。

廣義相對論理論是一個基於時空彎曲與變換的引力理論。100年之後的今天，當我們重新探討什麼是引力時，我們就有可能站在巨人的肩膀之上，基於非常成熟的量子力學理論與愛因斯坦當初提出的引力是由光速變化造成的直覺，重新建立新的引力學理論，統一物理學的基礎。新的引力學理論必須可用於解釋牛頓引力學，及解釋引力紅移，引力時鐘變慢，引力光線彎曲，水星近日點進動等牛頓引力學解釋不了的現象。當然這一切的第一步還是要回答光速到底變還是不變？