引力的速度与光速差不多吗?

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广义相对论预言,引力波在空间中是以光速传播,即今天产生了黑洞,需要一年时间才能对一光年外的星球产生影响。证明的方法就是探测引力波。2017年,天文学家首次探测到10亿光年外中子星合并产生的巨大引力波,如果引力是超距作用,那么应该先探测到引力波,再过10亿年才能探测到电磁波,然而在探测到引力波后仅1.7秒就探测到电磁波。电磁波的速度已经确定是光速,所以引力波速度非常接近光速。不过有人解释为中子星爆炸产生的某些碎片阻碍了电磁波的传递,导致电磁波晚了1.7秒,这样就可以满足广义相对论。所以目前就认定引力波速度等于光速。


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这个问题很重要:引力波和光波是宇宙中两种波,但有相同的介质,就是中微子。

引力波是在一个点或一个小区域质量发生巨变时扰动空阔产生的纵波,介质就是真空(中微子),象水波纹一圈一圈往外扩散。

光波的介质也是真空(中微子),光波是横波:即时电场→即时磁场→即时电场……

上图是引力波和光波的共同介质中微子的精细结构:正负电荷绕两个引力子形成自耦合态。

光波是中微子在接收到1份能量h(普朗克常数)后就从自耦合态(∞)转变为外耦合态(∝)连续在真空中传递1份能量。光速取决于光子一次波动所需的时间(普朗克时间)和一次波动产生的空间位移(普朗克空间)。光子一次波动的时间是固定的,但一次波动的位移跟空间密度(引力场强)成反比。若假定空间密度基本均匀光速就是恒定不变的。

引力波的空间扰动是从内圈中微子震荡向外传递,跟光波相比没有真实能量从一个点传递到下一个点。

若假定中微子震荡的频率与光子一次波动所需时间相同,那么引力波的速度就等于光子传播速度。

结论:引力波和光波异曲也不同工,都以中微子为介质,波速相同。


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引力传播的速度是否真的完全等同于光速?

并非如此,引力辐射(而不是“引力”本身;在这里我们也不讨论静电场的传播速度)在真空中的传播速度不需要完全与电磁波(比如光)相等。

然而,在爱因斯坦的广义相对论中,二者是等同的。另一方面,在除此以外的几乎所有替代重力的理论或广义相对论的变型理论中,引力辐射和电磁波的传播速度却都存在着差异。双度量引力理论是这些理论中一个庞大的族群。这类理论中,引力辐射的速度取决于所采用的时空度量方式,一种不同于电磁波辐射的时空几何。

引力波事件GW170817非常壮观,某种程度上就是因为当时引力辐射伴随着许多种电磁辐射(可见光、无线电波、X射线等等)在同一时间爆发。这次爆发大约在1.3亿年前发生,但它的引力辐射和电磁辐射基本上是同时到达的。(要想到让它们先后到达的程度,需要考虑的就是这个事件的物理展现形式,而非其传播过程中耗费的时间了。)这个事件告诉我们,即使引力波和电磁波的传播速度存在着差别,这个差别也会极为微小,以至于就算经过极为遥远的路程,它们到达的时间差也小到无法探测。因此不管它们是否必须如此,引力辐射和电磁辐射看起来确实几乎完全速度相同。

在被科学家们广泛接受的观点中,引力波的传播速度相当于光速。光速已经被通过很多种方式确认过了,但说到引力的速度,我就不太确定了;目前人类还没能完全地认识引力波。对地球、太阳以及宇宙中其他所有天体来说,引力都在天体中心达到最大。而这个中心点并不承载质量。太阳和木星都围绕着在其本身之外的重心点运动,而这个重心点上并不承载天体的质量。我们还不能完全理解一定距离外的引力。

引力是以波的形式传播吗?是什么样的波?它的波长、频率和强度是怎么样的?它会震荡吗?地球以30km/s的速度公转,太阳的速度则为230km/s。从太阳传播到地球,光要用8分钟。它们会为了获取彼此的位置信息等待8分钟吗?我并不这样觉得。我认为引力的速度远远大于光速。银河系和仙女座星系怎么进行信息交换?他们相隔了数百万光年。难道它们要等待数百万年来得知彼此的位置吗?我不这样认为。要解答这些问题,我们还需要更多对引力的认识。


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