对牛顿万有引力定律的质疑
——我发现了一种新的行星运动理论——
济南市花园路5号 王建华 著
文章摘要：
本文从太阳和行星绕太阳系质心运动的事实入手，根据质心运动规律和物理学原理，通过严谨﹑慎密的数学分析和逻辑推理发现：牛顿万有引力定律和开普勒行星运动三大定律在理论上都是错误的。 从物理学原理上讲，“太阳系质心说”运动模型要比“日心说”运动模型更合理，更科学。本文利用“太阳系质心说” 运动模型，在理论上推导出了一个新的引力定律，并由此创立了一种全新的行星运动理论。
关健词：行星、太阳系、万有引力定律。 论文目录及提要： 文章序言、（2～5页）
内容提要：首先在序言一中指出了哥白尼“日心说”运动模型存在着一个重大的理论缺陷。为了修正这一理论缺陷，本文在理论上提出了“太阳系质心说”（或“恒星系质心说”）运动模型。其次在序言二中指出了“新的行星运动理论”是建立在四个基石之上的。最后在序言三中指出了牛顿分析研究引力定律的起点，不属于对客观事实直接观测的结果，而是属于可能包含有人工误差的观察定律。而本文分析研究新引力定律的起点，则属于对客观事实直接的、正确的观测结果。
第一节、太阳和所有的行星都是绕太阳系质心运动的。（5～5页）
内容提要：本文把太阳系看成是一个质点系统。利用质点系统质心的定义式和牛顿力学可以证明：太阳和太阳系的行星都是绕太阳系质心运动的。
第二节、“M-Mg质心”概念的定义和它的运动性质。（5～7页）
内容提要：本节从理论上定义了“M-Mg质心”这一概念，并在理论上对它的运动性质进行了一定的分析和论述。
应该指出的是：如果我们在理论分析中可以忽略不同行星之间的相互影响，那么我们就可以利用“一个行星和太阳两者绕太阳系质心运动”的简单模型，来分析行星的运动规律。
然而，如果我们在理论分析中需要考虑到不同行星之间的相互影响时，那么我们就应该用“M-Mg质心”取代太阳质心，来分析行星的运动规律。
第三节、行星在近日点和远日点绕太阳系质心运动的性质和特点。（7～9页）
内容提要：本节从理论上对行星近日点和远日点绕太阳系质心运动的四个特性展开了分析证明。 第四节、行星绕太阳（或M-Mg质心）运动的轨道不是椭圆曲线。（9～12页）
内容提要：本节利用行星近日点和远日点的四个运动特性，从理论上分析证明了：开普勒行星运动轨道定律是一个错误的定律，即行星绕太阳运动的轨道不是椭圆曲线。
第五节、牛顿万有引力定律与“能量守恒定律”是互相矛盾的。（12～15页）
内容提要：本节从太阳系质心参照系的角度，根据牛顿力学、动量守恒定理，在理论上分析证明了：“牛顿万有引力定律”与“能量守恒定律”是互相矛盾的。
第六节、新的万有引力公式的推导。（15～19页）
内容提要：本节从太阳系质心参照系的角度，根据牛顿力学、向心力公式、角动量守恒定理，在理论
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上分析推导出了新的万有引力定律的数学表达式，即本文中的第（11）关系式。
第七节、开普勒“行星运动面积相等定律”与“角动量守恒定理”是互相矛盾的。（19～23页） 内容提要：本节从太阳系质心参照系的角度，利用牛顿力学、角动量守恒定理，在理论上分析证明了：开普勒“行星运动面积相等定律”与“角能量守恒定理”是互相矛盾的。
第八节、行星绕太阳（或M-Mg质心）运动的周期。（23～24页）
内容提要：本节从太阳系质心参照系的角度，根据新的万有引力公式推导出了行星绕太阳运动的“新的周期定律”。
第九节、行星绕太阳（或M-Mg质心）运动轨道应该满足的约束条件。（24～27页）
内容提要：本节通过严谨﹑慎密的逻辑推理和理论分析，提出了行星绕太阳系质心运动应该满足的一组方程式。
文章序言
序言一、我通过理论分析和逻辑推理发现并建立了一个全新的行星运动理论。
目前世界各地的理论界﹑科普书刊﹑大学和高中的普通物理学教科书都是利用“牛顿万有引力定律”和“开普勒行星运动三大定律”，向社会大众们讲解说明行星是如何绕太阳运动的。
然而，本文从太阳和太阳系行星都是绕太阳系质心运动的这一客观事实入手，通过严谨慎密的逻辑推理和理论分析发现：牛顿万有引力定律和开普勒行星运动三大定律，对行星运动规律的解释在理论上是错误的。
对于太阳和行星的运动来讲。古希腊天文学家托勒密于公元二世纪，提出了“地心说”运动模型。即地球位于太阳系的中心静止不动，而太阳和所有的行星都是绕地球运动的。
一千多年后，波兰天文学家哥白尼修正了“地心说”，提出了“日心说”运动模型。即太阳位于太阳系的中心静止不动，而包括地球在内的太阳系行星都是绕太阳运动的。
然而在太阳系中，由于太阳的质量非常大，而其它行星的质量都很小，如果我们把太阳系看成是一个质点系统，那么利用质点系统质心的定义式和牛顿力学可以证明：哥白尼的“日心说”运动模型与太阳系绕“太阳系质心”的实际运动，两者之间的误差是较小的。
但对于其它的恒星系来讲，如果恒星系中包含着两个恒星，或者恒星系中的恒星质量占恒星系总质量的百分数不是很大时，那么利用质点系统质心的定义式和牛顿力学可以证明：哥白尼的“日心说”运动模型与恒星系绕“恒星系质心”的实际运动，两者之间的误差是较大的。
为了修正哥白尼“日心说运动模型”的这一重大的理论缺陷，本文根据质点系统质心的定义式和牛顿力学，在理论上提出了“太阳系质心说”（或“恒星系质心说”）运动模型即：“太阳系质心”位于太阳系的中心静止不动，而太阳和太阳系的行星都是绕太阳系质心运动的。由此我发现和创立了一个全新的行星运动理论。
本文通过严密的理论分析研究后发现：如果利用“太阳系质心说”运动模型，来分析说明行星和太阳的运动，那么我们在理论上就可以对“日心说”运动模型一直无法分析解释的许多理论难题，做出合理科学的解释。从理论与实际应该相符合的科学标准来讲，“太阳系质心说”运动模型要比“日心说”运动模型更合理，更科学。
序言二、新的行星运动理论是建立在下面四个基石之上的。
基石（一）、行星和太阳无论在何时、在何处都是绕太阳系质心运动的。 基石（二）、太阳系质心参照系是一个惯性系。
基石（三）、“M-Mg质心”概念的定义和它的运动性质。
基石（四）、所有的行星在近日点（或在远日点）绕太阳系质心的运动都具有的四个共性。（详细的分析证明，请看论文的第三节。）
特性（1）。所有的行星在近日点（或在远日点）都是绕太阳系质心运动的。
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特性（2）。所有的行星在近日点（或在远日点）绕太阳系质心运动的速度V的方向，与行星质心到太阳系质心的连线都是互相垂直的。
特性（3）。所有的行星在近日点（或在远日点）的加速度a都是指向太阳系质心的。
特性（4）。根据曲率概念的定义，通过理论分析可以证明：所有的行星在近日点（或在远日点）运动的曲率中心都是太阳系质心。
序言三、本文分析研究“万有引力定律”的起点,比牛顿分析研究的起点更简单、更合理、更科学。 任何一种理论学说一般都是利用某一个观测事实做起点建立起来的。例如：相对论是利用光速不变的观察结果做起点建立起来的。
我们知道，开普勒“行星运动周期定律”是利用天文学家第谷教授的天文观测结果做起点建立起来的。由于第谷教授进行天文观测的设备太原始、太落后，因此在他的天文观测结果中可能存在着一定的观测误差。又因为隐藏在第谷教授天文观测结果中的数学关系式太复杂，从而使得开普勒花费了九年的时间才分析归纳出了他的“行星运动周期定律”（本人通过理论分析发现：该定律是错误的）。从这两点来讲，开普勒利用第谷教授天文观测结果所分析归纳出来的“行星运动周期定律”与行星绕太阳的实际运动可能存在着一定的人工误差。
既然牛顿万有引力定律是利用开普勒“行星运动的周期定律”做起点建立起来的，那么牛顿分析研究万有引力定律的起点，就不属于对客观事实直接的观测结果，而是属于可能包含有人工误差的观察定律。 然而我的新理论学说的起点，与牛顿分析研究引力定律的起点是不同的。本文分析研究新万有引力定律的起点，属于对客观事实直接的、正确的观测结果即：“行星在近日点绕太阳运动的速度最大，到太阳的距离最小，而行星在远日点绕太阳运动的速度最小，到太阳的距离最大”。例如，人造卫星绕地球的运动。由此可以确定：我分析研究“万有引力定律”的起点,比牛顿分析研究的起点更简单、更合理、更科学。
综上所述，我发现新万有引力定律的过程是：
太阳系质心运动模型——行星近日点和远日点的四个运动特性——向心力公式和角动量守恒定理——新的万有引力定律。
而牛顿发现万有引力定律的过程是：
哥白尼日心说运动模型——第谷教授的天文观测结果——开普勒行星运动周期定律——牛顿万有引力定律。
行星绕太阳系质心运动的规律，与行星绕太阳运动的规律，应该是同一个行星运动规律，在两个不同参照系中的不同表现形式而已。从这一点来讲，行星在太阳系质心参照系中的运动规律，与行星在太阳参照系中的运动规律，两者在理论上应该是可以进行等效转换的。一种能够正确说明行星运动规律的理论，就应该能够在太阳系质心参照系和太阳参照系两者中进行相等的理论转换。否则它就是一种错误的理论学说。
由于牛顿万有引力定律和开普勒行星运动三大定律，都无法在“太阳系质心参照系”和太阳参照系两者中进行相等的理论转换，因此牛顿万有引力定律和开普勒行星运动三大定律都是错误的学说。
第一节、太阳和太阳系的行星都是绕太阳系质心运动的。
假设在太阳系中包含着N个天体（即太阳和太阳系行星的数量之和）。如果用太阳系质心做参照系的原点，那么根据质点系统质心的定义式，我们可以得到下面的关系式。
N ?MgRg＝0
g?N上式中的Mg是第g个星体质点（即行星或太阳）的质量，式中的Rg是第g个星体质点（即行星或太阳）到太阳系质心的距离。把上式对时间微分后，根据牛顿力学可以证明：太阳系中的质点（即太阳和太阳系的行星）都是绕太阳系质心运动的。
由于哥白尼的“日心说”运动模型认为：太阳系的行星都是绕太阳运动的，因此人们在理论上则无法对“太阳和太阳系的行星为什么不是绕太阳系质心运动”这一问题做出合理科学的解释。
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从理论上讲，牛顿和开普勒都是从太阳质心这一角度来分析研究行星运动的。而本文则是从太阳系质心这一角度来分析研究行星运动的。
人们从不同的角度，观察同一个事物会得到不同的结论。例如：对于平面内的圆曲线来讲，如果在平面内观察它，那末它就是一条直线，如果在平面和圆曲线的外侧观察它，那末它就是一条椭圆曲线，如果在平面和圆曲线的正上方俯视它，那末它才是一条圆曲线。
同样的道理，由于太阳系中所有的质点都是绕太阳系质心运动的，而不是绕太阳运动的，因此从理论上讲，本文分析研究行星运动的角度，比牛顿和开普勒两者分析研究行星运动的角度更合理，更科学。
第二节、“M-Mg质心”的定义和它的运动性质
为了简化理论分析推导，本文把太阳系质点系统所有的质点，在理论上重新进行了组合简化。使重新组合简化后的“新太阳系质点系统”中只包含着两个质点粒子。其中的一个质点粒子是第g个行星的质心，而另一个质点粒子是太阳质量与其它行星质量所组成的质心。假设太阳系的总质量为M，假设行星g的质量为Mg。本文把质量（M-Mg）所组成的质心定义为：第g个行星的“M-Mg质心”。
需要指出的是：每一个行星都对应着一个“M-Mg质心”，不同的行星所对应的“M-Mg质心”是不同的。根据质点系统质心的定义式可以确定：第g个行星以及它所对应的“M-Mg质心”都是绕太阳系质心运动的。 从理论上讲，“M-Mg质心”与太阳系质心是两个不同的质心点。由于太阳系质量M仅仅比“质量（M-Mg）大了行星g的质量Mg，因此“M-Mg质心”与太阳系质心两者之间的距离是非常微小的。显然行星g的质量Mg越大（或者越小），那么“M-Mg质心”与太阳系质心两者之间的距离就越大（或者越小）。
同样，“M-Mg质心”与太阳质心也是两个不同的质心点。然而在太阳系中，由于太阳的质量远远大于太阳系行星质量的总和，而且太阳系的行星也不是排列在一条直线上绕太阳运动，因此“M-Mg质心”与太阳质心两者之间的距离也是非常微小的。
当我们在太阳质心上观测行星的运动时。那么太阳是静止不动的，而行星都是绕太阳运动的。同样，当我们在“M-Mg质心”上观测行星g的运动时。那么“M-Mg质心”是静止不动的，而行星g则是绕“M-Mg质心”运动的。由于“M-Mg质心”是太阳和其它行星在理论上所组成的质心，因此太阳质心和“M-Mg质心”两者绕太阳系质心运动的性质是完全相同的。
影响太阳和行星绕太阳系质心运动的因素虽然很多，但不同行星之间的影响力是较小的，而太阳对行星的影响力是很大的。
如果我们在理论分析中可以忽略不同行星之间的影响时，那么我们就可以用行星g和太阳两者绕太阳系质心运动的简单模型，来分析行星的运动规律。
相反，如果我们在理论分析中需要考虑到其它行星对第g个行星绕太阳系质心运动的影响时，那么我们就应该用行星g和“M-Mg质心”绕太阳系质心运动的复杂模型，来分析行星的运动规律。
由于太阳质心和“M-Mg质心”两者绕太阳系质心运动的性质完全相同，因此行星g和太阳两者绕太阳系质心运动的简单模型，与行星g和“M-Mg质心”两者绕太阳系质心运动的复杂模型，在结构和性质上也是完全相同的。
此外，由于太阳质心与“M-Mg质心”两者之间的距离非常小，因此行星g绕太阳运动的方式，与行星g绕“M-Mg质心”运动的方式也是完全相同的。由此可以确定：行星g绕太阳运动的近日点，应该对应着行星g绕“M-Mg质心”运动的近“M-Mg质心”点（该点是行星距离“M-Mg质心”最近的轨道点）。而行星绕太阳运动的远日点，则应该对应着行星绕“M-Mg质心”运动的远“M-Mg质心”点（该点是行星距离“M-Mg质心”最远的轨道点）。
同样，行星绕太阳运动所具有的距离﹑速度﹑动量﹑引力势能﹑角动量和万有引力等运动变量，则应该对应着行星绕“M-Mg质心”运动所具有的距离﹑速度﹑动量﹑引力势能﹑角动量和万有引力等运动变量。 由于太阳和第g个行星绕太阳系质心运动的简单模型，与“M-Mg质心”和行星g绕太阳系质心运动的复杂模型，在运动性质和运动变量上是完全相同的，因此本文所定义的“M-Mg质心”概念，相当于太阳质心这个概念。由此可以确定：天文学家对行星绕太阳运动规律的分析和论述，在理论上也可以看成（或者相当于）是对行星绕“M-Mg质心”运动规律的分析和论述。
由于“M-Mg质心”质心概念相当于太阳质心概念，因此本文下面对行星绕太阳运动规律的分析和论述，
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实质上也是对行星绕“M-Mg质心”运动规律的分析和论述。
特别应该指出的是：为了简化理论分析和推导，本文在下面分析推导中所使用的近日点和远日点两个概念具有两方面的含意。对于简单模型中的太阳来讲，近日点和远日点两个概念的含意不变。但是对于复杂模型中的“M-Mg质心”来讲，近日点的含意是指近“M-Mg质心”点，而远日点的含意是指远“M-Mg质心”点。
第三节、所有的行星在近日点（或在远日点）绕太阳系质心运动的共性
假定行星g的质量是Mg，假定太阳系的质量是M。假定行星质心到太阳（或到M-Mg质心）线段上的H点是太阳系质心，（本文下面把太阳系质心简称为“质心H”）。
由于可以把太阳系质心参照系看成是“惯性系”，因此我们在理论上就可以假定：所有外部力量作用在质心H上的矢量之和恒等于零。当我们利用质心H做太阳系参照系的原点时。那么不论行星到太阳(M-Mg质心)的距离是增大还是缩小，太阳系质心参照系的运动状态始终不发生变化。
当我们在太阳系质心参照系中观测行星和太阳（或M-Mg质心）两者的运动时，此时假定行星质心到质心H的距离是RH。假定行星绕质心H运动的切向速度是VH，加速度是aH。当行星在近日点（或者在远日点）绕质心H运动时，此时行星绕质心H的运动就具有下面四个特性。
特性（1）。所有的行星在近日点和远日点两个位置上都是绕质心H运动的。
由于行星和太阳无论在何时、在何处都是绕质心H运动的，因此所有的行星在近日点和远日点两个位置上都是绕质心H运动的。
特性（2）。所有的行星在近日点（或在远日点）绕质心H运动的切向速度VH，与行星质心到质心H的线段都是互相垂直的。
行星绕质心H运动的切向速度VH，可以分解成为两个方向互相垂直的速度分量。其中一个是横向速度VHX。它的速度方向与行星质心到质心H的线段RH是互相垂直的。另外一个是径向速度VHR。它的速度方向是从行星质心指向质心H的。切向速度VH、速度分量VHX和VHR，它们三者之间的变化关系是：
22 VH2＝VHX?VHR
从数学微分的角度讲，由于行星质心到质心H的距离RH，在近日点前后位置上的变化方向是相反的。（或者距离RH在远日点前后位置上的变化方向是相反的），——即在近日点前面位置上的距离RH ，是逐渐缩小的（或者是逐渐增大的）。而在近日点后面位置上的距离RH ，是逐渐增大的（或者是逐渐缩小的）——，
dRHR因此行星在近日点绕质心H运动的径向速度VHR＝＝0。（或者在远日点绕质心H运动的径向速度VHR＝
dtdRHR＝0）。于是行星在近日点绕质心H运动的切向速度VH，与行星质心到质心H的线段是互相垂直的。（或dt者行星在远日点的切向速度VH，与行星质心到质心H的线段是互相垂直的）。
特性（3）。所有的行星在近日点（或在远日点）加速度aH的方向都是指向质心H的。 行星绕质心H运动的加速度aH，可以分解成为两个不同方向的加速度。其中一个是切向加速度另外一个是从行星质心指向质心H的法向加速度aHR。
当行星绕质心H运动时。由于切向速度VH在近日点前后位置上的变化方向是相反的。（或者切向速度VH
在远日点前后位置上的变化方向是相反的）。——即在近日点前面位置上的切向速度VH ，是逐渐增大的（或者是逐渐缩小的）。在近日点后面位置上的切向速度VH ，是逐渐缩小的（或者是逐渐增大的）——。因此
dVH行星在近日点（或者在远日点）的切向加速度＝0。于是行星在近日点的加速度aH的方向是指向质心H
dt的。（或者行星在远日点的加速度aH的方向是指向质心H的。）
特性（4）。所有的行星在近日点（或在远日点）运动的曲率中心都是太阳系质心。
对于（空间的）近日点（或远日点）来讲，取它前后两个邻近点Q和R，过这三点作一个圆。当Q、R沿
dVHdt。
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