| 天人地 | 2023-04-21 17:56 |
|
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。  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。  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。   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。 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。  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。  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。  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。  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？ 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.  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。  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。   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。 |
|