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本帖被 xgch 执行加亮操作(2023-04-21)
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重力的速度等于光速。它是从广义相对论中推导出来的，然后被大量的观测所证实，确立了宇宙的基本规律。引力传播的速度不像光速那样，可以用随处可见的可见光来衡量。由于引力看不见摸不着，而且非常微弱，所以很难测量。近几年我们才通过双黑洞和中子星并合发现引力波的存在，测得的速度也确实如广义相对论预测的那样，与速度无异的光。所以我们现在知道我们看到的太阳是8分20秒前的太阳，我们感受到的太阳的引力也是8分钟前太阳所在位置的引力。当太阳消失后，我们并不会马上失去光亮，地球也不会立即失控地飞出自身轨道的切线方向，而是会持续8分钟感受到太阳的引力。因为地球感受到的引力是8分钟前的，此时此刻，太阳的引力要经过8分钟才能到达地球。这就是我们现在所知道的。但是重力的传播速度是多少呢？这是一个老问题。自从牛顿提出万有引力以来，万有引力这种类似于魔法的力量，一直被认为是拥有者无限的速度。因为只有当引力瞬间作用时，牛顿的万有引力方程才能准确预测太阳系行星的运行轨道。在牛顿力学中，空间和时间是孤立存在的，它们只是为万物运动提供平台，并不参与或影响万物运动。相反，万物在时空中的运动，也会依次作用于时空。就像一个歌唱舞台，演员在上面的表演不会影响舞台，舞台只是为演员提供表演的场所；即使没有演员表演，舞台也可以孤立存在。所以这个宇宙观并没有限制物体在太空中的传播速度。光可以以无限的速度传播，引力也可以，任何信息都可以。而在牛顿的万有引力方程中，万有引力只与相互作用的两个物体的质量、万有引力常数、距离的平方有关。这样的引力一定有无穷大的速度。如果重力的速度受到限制，就会出现问题。如果牛顿认为引力等于光速，那么地球上的引力来自8分钟前太阳所在位置的引力；不是太阳当前位置的引力，如果用8分钟前太阳所在位置的引力来计算太阳系各大行星的轨道，得到的结果与观察事实。只有万有引力的速度是无穷大的，地球才会感受到来自太阳当前位置的引力，而不是滞后于太阳当前位置的引力。上图为太阳在银河系中以一个速度围绕银河系中心公转。如果太阳对行星的引力不是瞬时的，那么行星感受到的引力就会滞后于太阳。此刻的位置。如果你想一想，地球感受到的引力就是8分钟前太阳所在位置的引力，那么这个引力不仅会为行星提供一个朝向太阳中心的径向加速度，而且这个引力也会在行星轨道运动的切线上提供一个方向分量，使得行星在其轨道上始终具有加速度。因此，行星的轨道运动速度会越来越快，使得轨道不稳定。这种变化足以观察几十年，但我们还没有发现行星轨道运动有这样的变化。这说明牛顿认为瞬发力是正确的！但这样的假设也存在一些问题。如果引力是瞬时的，那么宇宙中所用物质的引力就会在瞬间相互叠加，变得无穷大。整个宇宙必然会坍塌，宇宙的膨胀也会越来越大。宇宙无法挽救，因为膨胀的速度是有限的，而姚引力是无限的。另外，还会有一个问题。如果光速有限而引力无限大，那么我们往往会感受到其他物体的引力作用，却看不到这个物体的存在。这是因为这个物体的引力会瞬间作用在其他物体上，它发出或发出的光会在空间中缓慢扩散。这种现象会导致我们无法用任何理论来解释太阳系天体的运动，是因为总有一种莫名其妙的力量在干扰天体，只是我们看不到而已。万有引力的无限速度显然违反了现实的因果关系。我们首先看到引力效应，而原因却很慢。结果先于原因。所以牛顿说的无限引力解决了太阳系用它的引力方程的描述，但是也是有问题的。这些问题需要用爱因斯坦更本质的引力理论来解释。我们知道，狭义相对论的诞生比广义相对论早了将近10年。狭义相对论诞生后，出现了很多与牛顿引力不符的问题。首先，狭义相对论不允许任何形式的信息以超过光速的速度传播，这否定了无限速度的说法，狭义相对论认为物体的运动会发生变化空间和时间，即尺度收缩和时间膨胀的影响。这给牛顿的万有引力理论提出了一个难题。当一个物体移动时，它的比例会发生变化。那么如何找出两个物体之间的距离呢？狭义相对论也告诉我们，能量和质量是等价的。物体在运动过程中，由于动能增加，可以认为其质量增加了。那么牛顿引力方程中的质量如何确定呢？所以种种不相容，需要爱因斯坦找到一个与狭义相对论和牛顿的引力相容的理论，即把引力纳入相对论。这是广义相对论诞生的必然。为了解决上述因重力速度有限导致行星径向加速度不为零的问题。爱因斯坦不得不找到一种额外的效果来抵消行星径向方向的加速度，使行星轨道的基本区域稳定，而不是行星轨道随着时间的推移变得越来越大，直到它飞离宿主恒星.那么什么会抵消行星的径向加速度呢？其实就是引力辐射。引力辐射类似于电磁辐射。当带电粒子围绕另一个带电粒子移动时，它会发出电磁辐射。当一个质量相同的物体绕着另一个质量相同的物体运动时，它也会发出引力辐射。引力辐射会带走轨道能量，导致行星轨道衰减。这两种影响可以相互抵消。根据爱因斯坦的预言，当引力辐射的速度正好等于光速时，这两种效应几乎可以完全抵消。所以，引力辐射，也就是引力的速度等于光速，是广义相对论的推论，不是我们的胡乱猜测。广义相对论也是引力速度等于光速的理论基础。如果你承认狭义相对论和广义相对论是正确的，承认现实世界中的因果律，那么引力的速度也一定等于光速。但是引力辐射造成的轨道衰减和受限引力速度造成的轨道增加，这两种效应并不能完全准确地抵消。比如说，未来我们的地球还是会因为引力辐射落入太阳的核心白矮星。但是这个时间很长，估计数万亿年都不会出现这种现象。不过，我们在双脉冲星系统PSR1913+16中观察到，这是由于引力辐射的轨道衰减，最终两颗中子星并合在一起，我们测量了它们发射的引力波速度，发现重力的速度几乎和光速一样，是光速的99.8%。2017年，我们不仅观测到了中子星并合产生的伽马射线暴，这是一种电磁信号，还发现了它发出的引力波信号。两个信号之间的差异仅为1.7秒。光信号稍慢，考虑是周围气体环境造成的信号延迟。这也是引力波速度与光速基本相等的有利证据。因为我们现在还没有对引力进行量化，所以我们还没有发现引力子的存在，但是科学家已经证明，根据标准模型的预测，引力子是一种无质量的粒子。不仅仅是相对论，量子力学也预言它的速度应该是光速。
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