摘要：爱因斯坦刚开始时认为引力是由光速变化造成的，光速在时空的变化造成引力场。但是，爱因斯坦没能成功以光速变化来重建牛顿引力学理论，所以爱因斯坦后来放弃了这个思路，转而以时空弯曲的假设重建牛顿引力学理论。这其中最重要的原因可能是当时量子力学还没有发展起来，爱因斯坦无法以量子力学为基础重建牛顿引力学理论。本文将以光速变化为假设，以量子力学中基本粒子最基本的运动方程为基础，重建牛顿引力学理论。

前言

今年是广义相对论创立一百周年。广义相对论进一步发展了牛顿的引力学理论，预测了光线的引力弯曲，引力红移，和成功地解释了水星近日点的进动。但是相对于牛顿引力学，广义相对论非常难懂，非常复杂。同时，由于其引力方程对于绝大部分问题非常难解，使得该理论很难应用。同时，广义相对论在预测光线引力弯曲上自相矛盾，预示着自身的逻辑的不完备性。广义相对论造成物理学现在有两个基石，一个是量子力学，另一个就是广义相对论。这两个理论并不是相互兼容，有时还相互矛盾。

广义相对论非常难懂。爱因斯坦在1905年发表的狭义相对论论文时否定了以太的存在，认为光在真空中不需要任何介质去传播。在其1915年广义相对论论文中，认为空间可以弯曲。对于一般人来说，如果真空是真正地空的，就连传播光波的媒体都不需要，那么真空如何弯曲？如果造成弯曲的？以及到底是什么东西弯曲？第一个概念已经非常让普通人难于理解，那么第二个概念就更超出了一般人的想象和理解。

在爱因斯坦广义相对论中，不仅仅是空间弯曲，时间也参加进去，时空将在物质与能量的影响之下同时弯曲。如果空间弯曲一般人脑还可以想象，那么时空同时弯曲将远远超出普通人的想象。为什么物质与能量可以造成空间弯曲？物质与能量又是如何造成时空弯曲的？爱因斯坦广义相对论中并没有给出任何解释。

广义相对论非常复杂。为了描述时空弯曲，数学中的度规概念被引用。时间加空间已经4维，为了描述4维时空距离，度规为4x4矩阵，其中共有16个参数，10个是独立的。有了度规作为时空距离度量，为了描述弯曲，还需要在微分几何中的曲率张量的概念。但是曲率张量是一个反对称的四阶张量，有256个分量。而爱因斯坦场方程是一个以时空为自变量、以度规为因变量的带有椭圆型约束的二阶双曲型偏微分方程组。别说求解极为困难，就是理解该方程组，没有物理与数学双博士学位都很困难。致使有一段时间号称世界上只有两个人懂广义相对论。相比之下，牛顿的引力学理论就非常简单易懂，高中生就可理解。

爱因斯坦的广义相对论引力方程对于绝大部分问题非常难求解。爱因斯坦本人一开始认为该方程组无法解。之后，对于一个静止的绝对均匀和对称的球体所造成的时空弯曲，史瓦西解出爱因斯坦引力方程组，给出一个准确解。稍后，科尔找到了对于一个均匀旋转的绝对均匀和对称的球体的解析解。而对于其它条件下的问题，如多个物体，运动的物体，非绝对均匀和对称的球体，目前还没有人知道如何求解。

为了得出物体的运动轨迹，求解极为复杂的爱因斯坦引力方程只是第一步，另外还需要求解广义相对论中的测地线方程。该方程同样也非常复杂。为了大家有个体会，这里给出该方程：

这里克里斯托费尔符号，定义为：

这里是度量张量。

只有解了该方程之后，才可以得到物体在一引力场中的加速度，速度，和轨迹。但是，当有两个或两个以上物体相互作用时，其中任何物体空间位置及速度的改变，将会造成引力场的变化。换句话来说，在广义相对论中，任何物体空间位置及速度的改变将改变时空曲率，为了求解问题，又必须回到第一步，求解爱因斯坦引力方程，再求解广义相对论中的测地线方程，如此循环往复，极为复杂，往往是第一步就卡壳。

相比之下，牛顿的引力学理论就非常容易求解。正是因为如此，人类才可以精确计算行星及其它空间物体的运行轨迹，同时可以精确计算物体在地球的引力影响下的运行轨迹。一个科学理论的提出是为了帮助人类认识自然和解决实际问题，追求简单易懂和实用的理论应该是科学追求的目标。

广义相对论的基石是等价原理，即一般加速度等价于引力加速度。但是根据等价原理计算出的光线引力弯曲只有根据广义相对论引力方程计算出来的一半。这说明，广义相对论与它的基石相互矛盾。是广义相对论自身有问题还是其基石需要修正？目前还没有人给出一个令人信服的答案和解释。

物理学的两个基础：广义相对论及量子力学，经常互不相容， 例如的著名火墙悖论问题。另外，广义相对论的解的奇点(无穷大)推测出的“黑洞”，及黑洞里的时空翻转，就连爱因斯坦都没有认同。大自然只可能按一套物理学规律来运作，不可能同时有两套互不相容的规律。所以统一物理学的基础是非常重要的。由于量子力学已被无数实验所验证，但验证广义相对论的实验只有非常少数，大部分还不是结论性的。所以最大的可能性是广义相对论被量子力学所统一。也就是说，引力场可以通过量子力学来得到解释。

爱因斯坦在1907年刚开始，凭他超人的物理直觉， 认为引力是光速变化造成的。并认为物质造成周围光速的变化，并形成引力场。量子力学主要基础是在相对论创立之后才发展起来的。爱因斯坦从1907-1915创立广义相对论时不可能以量子力学为基础和光速变化来解释什么是引力。所以，爱因斯坦后来放弃重力是由光速变化造成的假设。由于当时狭义相对论非常热门，爱因斯坦对其又有很大的贡献，而狭义相对论关键是时空变换，加上当时有数学家建议爱因斯坦空间可以弯曲，并且可以用时空同时弯曲来解释牛顿引力学。刚开始爱因斯坦也不相信空间可以弯曲，他只认为时钟在引力场中可以变慢。但是，在发现只有时空同时弯曲才能解释牛顿引力学之后，再在经历了许许多多挫折和弯路，爱因斯坦终于在1915年提出了基于时空弯曲的广义相对论理论，给出了其中最重要的经过许多修正后的引力场方程。

广义相对论理论是一个基于时空弯曲与变换的引力理论。100年之后的今天，当我们重新探讨什么是引力时，我们就有可能站在巨人的肩膀之上，基于非常成熟的量子力学理论与爱因斯坦当初提出的引力是由光速变化造成的直觉，重新建立新的引力学理论，统一物理学的基础。新的引力学理论必须可用于解释牛顿引力学，及解释引力红移，引力时钟变慢，引力光线弯曲，水星近日点进动等牛顿引力学解释不了的现象。当然这一切的第一步还是要回答光速到底变还是不变？