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为什么引力速度有必要等于光速?

引力速度等于光速首要是来自广义相对论的推论,然后经过了许多的观测证明,而建立起来的一个国际根本规律。

引力传达的速度不像是光速那样,可以经过随处可见的可见光去丈量,因为引力看不见也摸不着,而且十分弱小,所丈量起来十分困难。

直到最近几年咱们才经过双黑洞、中子星的兼并发现了引力波的存在,以及丈量的其速度,确实是广义相对论所猜想的那样,和光速无法区别。

因而咱们现在知道了,咱们看到的太阳是8分20秒前的太阳,咱们感遭到的太阳引力也是8分钟前太阳所在方位的引力。

当太阳消失今后,咱们不会马上失掉光亮,地球也不会马上不受操控的从自己运转轨迹的切线方向飞出去,而是会继续的感遭到8分钟的太阳引力。

因为现在地球感遭到的引力是8分钟前的,此时此刻太阳的引力8分钟后才干到达地球。这便是咱们现在所把握的常识。

但引力的传达速度是多少?这是个陈旧的问题,从牛顿提出万有引力开端,引力这种类似于魔法一般的力气,一向被以为是具有者无限的速度。

因为只要当引力的瞬时作用的时分,牛顿的引力方程才干精确的猜想太阳系行星的运动轨迹。

在牛顿力学中,空间和时刻是孤立存在的,它们两个只是为万物的运动供给了一个渠道,并不会参加和影响万物的运动。

相反万物的在空间和时刻中的运动也会反过来作用到空间和时刻上。就像是一个唱戏的舞台相同,艺人在上面的扮演不会影响到舞台,舞台只是给艺人的扮演供给了一个场所;

就算是没有艺人扮演,这个舞台也是可以孤立存在的。

所以这样的国际观,并没有约束物体在空间中的传达速度。光可以以无限的速度传达,引力也可以,任何信息都可以。

而且在牛顿的引力方程中,引力只跟两个作用物体的质量、引力常数、以及它两之间间隔的平方有联系,这样的引力有必要是无限的速度。

咱们引力的速度是有限的就会存在一个问题,假定牛顿其时想到了引力等于光速,那么地球遭到的引力就来自于8分钟前太阳所在方位的引力;

而不是太阳现在时刻所在方位的引力,咱们你以8分钟前太阳方位的引力去核算太阳系各大行星的运转轨迹的话,所得出来的成果,就与观测实际不相符。

只要引力的速度是无限的,那么地球就会感遭到来自现在太阳方位的引力,而不是滞后于太阳现在方位的引力。

上图可以看到太阳在银河系中是以一个速度绕着银河系中心运转的,咱们太阳给各大行星的引力不是瞬时作用的,那么各大行星感遭到的引力就会滞后于太阳此时此刻的方位。

你想一下地球感遭到的引力是8分钟前太阳所在方位的引力,那么这个引力不只会给行星供给一个朝向太阳中心的径向加速度,而且这个引力还会在行星轨迹运动的切线方向上供给一个重量,使得行星在轨迹上运动总是有一个加速度。

因而行星的在轨迹上运动的速度会越来越快,使得轨迹变得不安稳,这种改动足以在数十年间被观测到,可是咱们并没有发现行星的轨迹运动发生如此的改动。

这就阐明牛顿以为瞬时作用力是正确的!可是这样的假定也会存在一些问题,咱们引力的作用是瞬时的,那么在国际中所用存在物质的引力就会瞬间相互叠加,变得无限大,整个国际也会不可避免的坍塌,国际胀大也解救不了国际,因为胀大的速度是有限的,而牛顿的引力是无限的。

除此之外还会存在一个问题,咱们光速是有限的,引力是无限的,那么咱们常常都会感遭到来自其他物体的引力作用,而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,而它宣布的光或许发射的光,才慢悠悠的在空间中传达,这种现象就会导致咱们无法用任何的理论去解说太阳系天体的运动,因为总是有一股莫名的力气在干涉着天体,而咱们又看不到。

引力速度的无限,很明显又违反了实际的因果性。咱们先看到了引力的成果,而原因却在慢悠悠的到来。成果呈现在了原因之前。

所以说牛顿所说的引力无限尽管处理了它的引力方程对太阳系的描绘,但也是有问题的。

这些问题就需要爱因斯坦更为实质的引力理论去解说。

咱们知道狭义相对论的诞生比广义相对论早了近10年,在狭义相对论诞生今后就呈现了许多的问题和牛顿引力不相容。

首要狭义相对论是不允许任何方式的信息传达速度超越光速,这就否定了无限速度的说法,而且狭义相对论以为物体的运动会改动空间和时刻,也便是尺缩和时刻胀大效应。

这就为牛顿的引力理论提出了一个难题,物体运动时它的规范会发生改动,那么你又是怎么找准两个物体之间的间隔呢?

狭义相对论还独爱咱们能量和质量是等效的,物体运动过程中因为动能的添加,那么可以以为是其质量添加了,那么牛顿的引力方程中的质量又怎么去确认?

所以种种的不和谐就需要爱因斯坦找到一个可以兼容狭义相对论以及牛顿引力的理论,也便是将引力归入到相对论理论中。这便是广义相对论诞生的必要性。

为了处理上文中因为引力速度有限带来的行星径向加速度不为零的问题。爱因斯坦有必要找到一个额定的效应来抵消行星径向方向上的加速度,使得行星轨迹根本区域安稳,而不是跟着时刻的推移,行星轨迹变得越来越大,直到飞离主恒星。

那么什么能抵消行星的径向加速度呢?其实便是引力辐射,引力辐射类似于电磁辐射,一个带电荷的粒子在绕着别的一个带电荷的粒子运动时就会宣布电磁辐射。

相同的质量物体在绕着别的一个质量物体运动的时分,也会宣布引力辐射,引力辐射会带走轨迹能量,使得行星轨迹发生衰减,这两种作用就能相互抵消。

依据爱因斯坦的猜想,当引力辐射的速度刚好等于光速的时分,这两种效应就能简直彻底抵消。

所以说,引力辐射也便是引力的速度等于光速是广义相对论的推论,而不是咱们随意的猜想。广义相对论也是引力速度等于光速的理论基础。

咱们你供认狭义相对论以及广义相对论是正确的,供认这个实际国际的因果律,那么引力的速度也有必要等于光速。

可是引力辐射导致的轨迹衰减以及因为引力速度有限而导致的轨迹增大,这两个效应并非彻底精确的抵消掉了。

例如咱们地球在未来仍是因为引力辐射螺旋坠入到太阳的中心白矮星之中。不过这个时刻十分的绵长,估量过个上万亿年也看不到这个现象。

不过咱们在双星脉冲星体系PSR 1913+16中现已观测到这因为引力辐射发生的轨迹衰减,两个中子星终究兼并在了一同,而且咱们经过对它们所宣布的引力波的速度进行丈量,发现引力的速度与光速相差无几,为光速的99.8%。

2017年咱们不只观测到了中子星兼并发生的伽马射线暴,这是一种电磁信号,还发现了其宣布的引力波信号,两个信号之间只是差了1.7秒。

光的信号略微慢可一些,被以为是因为周围的气体环境导致信号推迟。这也是一个有利的依据证明了引力波的速度和光速根本共同。

因为咱们现在对引力并没有量化,没有发现引力子的存在,可是科学家依据规范模型的猜想标明引力子是一个无质量粒子,不只仅是相对论,量子力学也猜想其速度应该是光速。

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