为什么引力速度必须等于光速?( 二 )


引力速度的无限,很明显又违背了现实的因果性。我们先看到了引力的结果,而原因却在慢吞吞的到来。结果出现在了原因之前。
所以说牛顿所说的引力无限虽然解决了它的引力方程对太阳系的描述,但也是有问题的。
这些问题就需要爱因斯坦更为本质的引力理论去解释。
我们知道狭义相对论的诞生比广义相对论早了近10年,在狭义相对论诞生以后就出现了很多的问题和牛顿引力不相容。
首先狭义相对论是不允许任何形式的信息传播速度超过光速,这就否定了无限速度的说法,而且狭义相对论认为物体的运动会改变空间和时间,也就是尺缩和时间膨胀效应。
为什么引力速度必须等于光速?
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这就为牛顿的引力理论提出了一个难题,物体运动时它的尺度会发生变化,那么你又是如何找准两个物体之间的距离呢?
狭义相对论还告诉我们能量和质量是等效的,物体运动过程中由于动能的增加,那么可以认为是其质量增加了,那么牛顿的引力方程中的质量又如何去确定?
所以种种的不融洽就需要爱因斯坦找到一个能够兼容狭义相对论以及牛顿引力的理论,也就是将引力纳入到相对论理论中。这就是广义相对论诞生的必要性。
为了解决上文中由于引力速度有限带来的行星径向加速度不为零的问题。爱因斯坦必须找到一个额外的效应来抵消行星径向方向上的加速度,使得行星轨道基本区域稳定,而不是随着时间的推移,行星轨道变得越来越大,直到飞离主恒星。
那么什么能抵消行星的径向加速度呢?其实就是引力辐射,引力辐射类似于电磁辐射,一个带电荷的粒子在绕着另外一个带电荷的粒子运动时就会发出电磁辐射。
同样的质量物体在绕着另外一个质量物体运动的时候,也会发出引力辐射,引力辐射会带走轨道能量,使得行星轨道发生衰减,这两种效果就能互相抵消。
根据爱因斯坦的预测,当引力辐射的速度恰好等于光速的时候,这两种效应就能几乎完全抵消。
所以说,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,而不是我们随便的猜测。广义相对论也是引力速度等于光速的理论基础。
为什么引力速度必须等于光速?
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如果你承认狭义相对论以及广义相对论是正确的,承认这个现实世界的因果律,那么引力的速度也必须等于光速。
但是引力辐射导致的轨道衰减以及因为引力速度有限而导致的轨道增大,这两个效应并非完全准确的抵消掉了。
例如我们地球在未来还是因为引力辐射螺旋坠入到太阳的核心白矮星之中。不过这个时间非常的漫长,估计过个上万亿年也看不到这个现象。
不过我们在双星脉冲星系统PSR 1913+16中已经观测到这因为引力辐射发生的轨道衰减,两个中子星最终合并在了一起,并且我们通过对它们所发出的引力波的速度进行测量,发现引力的速度与光速相差无几,为光速的99.8%。
为什么引力速度必须等于光速?
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2017年我们不仅观测到了中子星合并产生的伽马射线暴,这是一种电磁信号,还发现了其发出的引力波信号,两个信号之间仅仅差了1.7秒。
光的信号稍微慢可一些,被认为是因为周围的气体环境导致信号延迟。这也是一个有利的证据证明了引力波的速度和光速基本一致。
由于我们现在对引力并没有量化,没有发现引力子的存在,但是科学家根据标准模型的预测表明引力子是一个无质量粒子,不仅仅是相对论,量子力学也预测其速度应该是光速。

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