为什么引力速度必须等于光速?
引力速度等于光速首先是来自广义相对论的推论,然后经过了大量的观测证实,而确立起来的一个宇宙基本规律。
引力传播的速度不像是光速那样,可以通过随处可见的可见光去测量,由于引力看不见也摸不着,并且十分微弱,所测量起来十分困难。
文章插图
直到最近几年我们才通过双黑洞、中子星的合并发现了引力波的存在,以及测量的其速度,确实是广义相对论所预测的那样,和光速无法区分。
因此我们现在知道了,我们看到的太阳是8分20秒前的太阳,我们感受到的太阳引力也是8分钟前太阳所处位置的引力。
当太阳消失以后,我们不会立刻失去光明,地球也不会立刻不受控制的从自己运行轨道的切线方向飞出去,而是会持续的感受到8分钟的太阳引力。
文章插图
因为现在地球感受到的引力是8分钟前的,此时此刻太阳的引力8分钟后才能达到地球。这就是我们现在所掌握的知识。
但引力的传播速度是多少?这是个古老的问题,从牛顿提出万有引力开始,引力这种类似于魔法一般的力量,一直被认为是拥有者无限的速度。
因为只有当引力的瞬时作用的时候,牛顿的引力方程才能准确的预测太阳系行星的运动轨道。
在牛顿力学中,空间和时间是孤立存在的,它们两个只是为万物的运动提供了一个平台,并不会参与和影响万物的运动。
【为什么引力速度必须等于光速?】
文章插图
相反万物的在空间和时间中的运动也会反过来作用到空间和时间上。就像是一个唱戏的舞台一样,演员在上面的表演不会影响到舞台,舞台只是给演员的表演提供了一个场所;
就算是没有演员表演,这个舞台也是可以孤立存在的。
所以这样的宇宙观,并没有限制物体在空间中的传播速度。光可以以无限的速度传播,引力也可以,任何信息都可以。
并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、以及它两之间距离的平方有关系,这样的引力必须是无限的速度。
文章插图
如果引力的速度是有限的就会存在一个问题,假如牛顿当时想到了引力等于光速,那么地球受到的引力就来自于8分钟前太阳所在位置的引力;
而不是太阳现在时刻所在位置的引力,如果你以8分钟前太阳位置的引力去计算太阳系各大行星的运行轨道的话,所得出来的结果,就与观测事实不相符。
只有引力的速度是无限的,那么地球就会感受到来自现在太阳位置的引力,而不是滞后于太阳现在位置的引力。
文章插图
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行的,如果太阳给各大行星的引力不是瞬时作用的,那么各大行星感受到的引力就会滞后于太阳此时此刻的位置。
你想一下地球感受到的引力是8分钟前太阳所处位置的引力,那么这个引力不仅会给行星提供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道运动的切线方向上提供一个分量,使得行星在轨道上运动总是有一个加速度。
因此行星的在轨道上运动的速度会越来越快,使得轨道变得不稳定,这种变化足以在数十年间被观测到,但是我们并没有发现行星的轨道运动发生如此的变化。
文章插图
这就说明牛顿认为瞬时作用力是正确的!但是这样的假设也会存在一些问题,如果引力的作用是瞬时的,那么在宇宙中所用存在物质的引力就会瞬间互相叠加,变得无限大,整个宇宙也会不可避免的崩塌,宇宙膨胀也拯救不了宇宙,因为膨胀的速度是有限的,而牛顿的引力是无限的。
除此之外还会存在一个问题,如果光速是有限的,引力是无限的,那么我们常常都会感受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,而它发出的光或者发射的光,才慢悠悠的在空间中传播,这种现象就会导致我们无法用任何的理论去解释太阳系天体的运动,因为总是有一股莫名的力量在干预着天体,而我们又看不到。
文章插图
推荐阅读
- 速度 宇宙中比光速更快的四种“速度”,你都知道几个
- 初入职场的我们 《初入职场的我们》郑茹心为什么会离开?
- 疫情 台综艺《11点热吵店》停播 Melody直播秀厨艺 切菜速度慢引粉丝关切
- 引力 太阳系边缘真的存在第九大行星,而且它是一颗胡柚般大的黑洞吗
- 家人们 宠粉实力派 速度与激情
- 米兰时装周 王俊凯为什么能被受邀参加米兰时装周的呢?
- 飞行嘉宾 黄渤为什么中途退出《哈哈哈哈哈》?原因很现实
- 速度 太阳系公转速度被推翻,正以更快速度冲入银心,多久会坠入黑洞?
- 信用卡 为什么银行的人,追着你办信用卡?办卡送礼物,到底有什么秘密?
- 生猪价格 生猪价格正在下跌和上涨。为什么上升这么难?终于找到原因了
