量子力學(xué)和相對(duì)論都認(rèn)為，引力的速度是光速。引力的速度真的是光速嗎?
>>>> 傳統(tǒng)觀點(diǎn)：引力以光速傳播 <<<<
引力雖然無(wú)處不在，無(wú)時(shí)不有，但是有關(guān)引力的問(wèn)題卻是科學(xué)家們最糾結(jié)的問(wèn)題，至今科學(xué)界還不敢說(shuō)引力的本質(zhì)到底是什么。有關(guān)引力的速度，更是科學(xué)家們千方百計(jì)回避的問(wèn)題。課本中這方面的內(nèi)容只是肯定地告訴學(xué)生，引力的速度就是光速!但是任何一位有獨(dú)立思考能力的學(xué)生都會(huì)根據(jù)已有的現(xiàn)象產(chǎn)生懷疑：引力的速度真的是光速嗎?
量子力學(xué)認(rèn)為引力是通過(guò)一種沒(méi)有質(zhì)量、永遠(yuǎn)相吸的假想粒子——引力子來(lái)傳遞引力的，引力子的傳播速度是光速。廣義相對(duì)論認(rèn)為引力是有質(zhì)量的物體導(dǎo)致時(shí)空彎曲的結(jié)果，質(zhì)量的改變或物體位置的改變會(huì)以引力波的形式向外輻射，從而把時(shí)空彎曲的改變以光速傳播開(kāi)來(lái)。而牛頓本人則認(rèn)為兩個(gè)物體之間的引力是瞬間傳遞的，也就是說(shuō)，引力的速度是無(wú)窮大!
到底引力的速度是多少?隨著牛頓的理論被愛(ài)因斯坦的理論取代，科學(xué)界也把引力的速度認(rèn)定為光速，因?yàn)殛P(guān)于速度問(wèn)題，還有個(gè)最大的限制：愛(ài)因斯坦說(shuō)，宇宙中最大的速度就是光速，沒(méi)有比光速更大的速度了。由此可見(jiàn)，引力的速度也不能超過(guò)光速。
無(wú)論是根據(jù)牛頓的萬(wàn)有引力定律還是愛(ài)因斯坦的時(shí)空彎曲理論，都不難發(fā)現(xiàn)，一個(gè)物體的引力大小和方向與太陽(yáng)光的輻射很相似，太陽(yáng)發(fā)出的光是以球形向四面八方輻射開(kāi)來(lái)的，引力作用也是以球形向四面八方傳播的;距離太陽(yáng)越近，接收到的陽(yáng)光也就越多，引力也就越大。離太陽(yáng)遠(yuǎn)了，陽(yáng)光和引力也就小了，這一點(diǎn)是科學(xué)界都認(rèn)同的。
但是當(dāng)牽扯到速度時(shí)，引力與光好像就分家了，科學(xué)家們的觀點(diǎn)也因此分家了。
>>>> 地球迎著光子運(yùn)動(dòng) <<<<
由于光的傳播速度是光速，太陽(yáng)光到達(dá)地球需要8.3分鐘，因此我們看到的太陽(yáng)光是太陽(yáng)在8.3分鐘之前發(fā)出的，也就是說(shuō)，我們看到的太陽(yáng)是8.3分鐘之前的太陽(yáng)，實(shí)際上太陽(yáng)現(xiàn)在已經(jīng)不在那個(gè)位置了，它的實(shí)際位置在我們看到的太陽(yáng)前面22角秒(1角秒是1/3600度)的地方，也就是說(shuō)，我們的眼睛分別與視覺(jué)太陽(yáng)和實(shí)際太陽(yáng)各連一條線，這兩條線是一個(gè)以我們?yōu)轫旤c(diǎn)的22角秒的角。
這一點(diǎn)不難理解，這個(gè)現(xiàn)象已經(jīng)被科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了近300年了。
由于太陽(yáng)不斷向外發(fā)射著光子，地球也就時(shí)刻接受著陽(yáng)光的擊打。而地球在圍繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)，因此，地球是迎著太陽(yáng)光的擊打運(yùn)動(dòng)的。光子雖然沒(méi)有靜止質(zhì)量，但運(yùn)動(dòng)的光子對(duì)物體還是會(huì)產(chǎn)生一種力的作用，這種作用叫光壓。太陽(yáng)產(chǎn)生的光壓方向并不是在地球的正側(cè)面，而是在地球的側(cè)前方。就像我們?cè)跊](méi)有風(fēng)的雨地里跑，雨是從側(cè)前方打到我們身上一樣。太陽(yáng)光子從側(cè)前方朝地球打來(lái)，這就對(duì)地球有一個(gè)向外和向后的壓力，但小小的光子相對(duì)于地球來(lái)說(shuō)太渺小了，光壓作用幾乎可以忽略，因此對(duì)地球的運(yùn)動(dòng)沒(méi)有產(chǎn)生什么明顯的影響。
但是，圍繞著太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)的小塵埃就不一樣了，側(cè)前方的光子擊打在塵埃上，也是會(huì)產(chǎn)生向外和向后的壓力，這向后的壓力對(duì)塵埃的運(yùn)動(dòng)就是一種阻力，會(huì)導(dǎo)致塵埃的旋轉(zhuǎn)速度越來(lái)越慢。而雖然有一個(gè)向外的光壓，但相對(duì)于引力來(lái)說(shuō)就太小了，因此在太陽(yáng)的引力下，小塵埃就會(huì)慢慢地落向太陽(yáng)。
>>>> 地球迎著引力嗎 <<<<
現(xiàn)在我們回過(guò)頭來(lái)說(shuō)一說(shuō)引力。
太陽(yáng)在空間中的位置變動(dòng)了，那么它發(fā)出引力的位置也就變了，這種變化如何傳達(dá)給地球呢?愛(ài)因斯坦認(rèn)為引力場(chǎng)的變化會(huì)通過(guò)引力波向外傳播，量子理論認(rèn)為是通過(guò)引力子傳遞給地球。無(wú)論是引力子還是引力波，其傳播速度都被認(rèn)為是光速。
如果引力的傳播是光速，那么與光子的傳播是同樣的道理，太陽(yáng)同時(shí)發(fā)出的光子和引力波，在8.3分鐘以后同時(shí)到達(dá)地球。但是引力體現(xiàn)的是一種吸引力，與光壓方向正好相反。前面已經(jīng)說(shuō)了，光壓是在地球側(cè)前方阻礙地球向前運(yùn)動(dòng)，那么引力就是在地球側(cè)前方拉地球向前運(yùn)動(dòng)，就是說(shuō)，太陽(yáng)的引力會(huì)拉動(dòng)天體的運(yùn)動(dòng)!
但是，引力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于光壓，這樣說(shuō)來(lái)，那些圍繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)的塵埃顆粒的速度會(huì)越來(lái)越快，就會(huì)越來(lái)越遠(yuǎn)離太陽(yáng)!同樣，地球也會(huì)體現(xiàn)出公轉(zhuǎn)速度越來(lái)越快，越來(lái)越遠(yuǎn)離太陽(yáng)的情況。想像下去，最終太陽(yáng)系的所有天體都會(huì)逐漸遠(yuǎn)離太陽(yáng)!同樣的道理，宇宙中的所有圍繞其它天體旋轉(zhuǎn)的星球也都會(huì)相互遠(yuǎn)離!
但這種情況并沒(méi)有發(fā)生，太陽(yáng)系現(xiàn)在還是安穩(wěn)的太陽(yáng)系，宇宙現(xiàn)在也還是平穩(wěn)的宇宙。
這說(shuō)明了什么?這說(shuō)明了“如果引力的速度是光速”的假設(shè)是不成立的!科學(xué)家估計(jì)，引力的速度至少超過(guò)光速1億倍!
>>>> 引力方向說(shuō)明了什么 <<<<
也許有人會(huì)說(shuō)，有可能引力的速度就是光速，只是還存在我們不了解的某種因素，這種因素正好能夠抵消引力對(duì)天體的拉力。
這完全是有可能的，畢竟我們對(duì)宇宙的了解還很少。
那么我們就換一種探測(cè)方法，既然引力對(duì)物體速度的影響有可能被某種因素抵消掉，但引力的方向總不可能被抵消吧，那么我們就可以通過(guò)探測(cè)地球受到太陽(yáng)的引力方向來(lái)推測(cè)引力的傳播速度。
與上述光的傳播同樣道理，如果我們測(cè)出地球受到的引力方向是指向視覺(jué)太陽(yáng)的，那么我們就只能說(shuō)引力的速度與光速相當(dāng)，如果是指向?qū)嶋H太陽(yáng)的，那么我們就可以判斷引力的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于光速……
可是如何精準(zhǔn)探測(cè)地球受到太陽(yáng)引力的方向呢?物理上，探測(cè)物體受力方向一般是測(cè)量其加速度方向，而探測(cè)加速度方向，可以通過(guò)極短時(shí)間內(nèi)物體位置的變動(dòng)來(lái)探測(cè)。
而極短時(shí)間內(nèi)陸球位置的變動(dòng)又如何探測(cè)呢?極短時(shí)間可以測(cè)得，但在茫茫太空中地球位置的變動(dòng)又如何探測(cè)呢?太空中可沒(méi)有一個(gè)固定的目標(biāo)可以讓你做參考。于是我們可以想個(gè)辦法：宇宙中有一種天體叫脈沖星，它的自轉(zhuǎn)極快，自轉(zhuǎn)一圈一般是0.01秒到數(shù)秒不等，并且它的兩個(gè)磁極會(huì)噴射兩道光束，這兩道光束像探照燈一樣定時(shí)在宇宙空間中掃來(lái)掃去，有的脈沖星的光束也會(huì)掃射到地球上來(lái)。由于同一個(gè)脈沖星自轉(zhuǎn)周期是長(zhǎng)期不變的，所以通過(guò)脈沖星掃過(guò)地球的周期變化，我們就可以知道地球在宇宙空間中的位置變化。因?yàn)榈厍蛭恢米儎?dòng)了，脈沖星掃過(guò)來(lái)的時(shí)間間隔就會(huì)發(fā)生微小的變化，或者增長(zhǎng)，或者縮短。就像海邊的燈塔一樣，船如果順著燈塔轉(zhuǎn)的方向前進(jìn)，由于船往前開(kāi)了一段路，所以燈塔每轉(zhuǎn)一圈，燈光射到船上的時(shí)間就要晚一些，長(zhǎng)一些;反之，如果迎著燈塔前進(jìn)，燈光射到船上的時(shí)間就要早一些，短一些。根據(jù)這個(gè)原理，我們就可以計(jì)算出不到1秒的時(shí)間內(nèi)陸球位置的變動(dòng)，再進(jìn)而計(jì)算出地球運(yùn)動(dòng)的加速度方向。
出乎意料的是，科學(xué)家無(wú)論采用哪個(gè)脈沖星計(jì)算，得出的結(jié)果都是：地球受到太陽(yáng)的引力方向是指向?qū)嶋H太陽(yáng)的!這就等于說(shuō)，地球與太陽(yáng)之間的引力傳遞幾乎是瞬間的!
其實(shí)天文學(xué)家在利用牛頓定律計(jì)算星球之間的引力時(shí)，不論兩個(gè)星球之間的距離有多遠(yuǎn)，都無(wú)視引力的速度問(wèn)題，把引力的傳遞當(dāng)成瞬間的。這樣做也從來(lái)沒(méi)有出過(guò)問(wèn)題。
>>>> 日食為何總是超前 <<<<
如果還有人懷疑利用脈沖星計(jì)算地球受力方向的準(zhǔn)確性的話，我們還可以根據(jù)一種常見(jiàn)的天文現(xiàn)象來(lái)形象地解釋。
我們知道，日食是地球、月亮和太陽(yáng)三者正好在一條直線上的時(shí)候，月亮遮住了太陽(yáng)光而形成的天文現(xiàn)象。但你知道不知道，日食發(fā)生時(shí)，地球、月亮和太陽(yáng)實(shí)際上并不是在一條直線上，而是比地、月、日實(shí)際連成一線的時(shí)間提前將近40秒的樣子!這是怎么回事呢?
原來(lái)由于地球順著自轉(zhuǎn)方向繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)，月亮順著地球自轉(zhuǎn)的方向繞地球公轉(zhuǎn)，所以在地球上看起來(lái)，月亮和太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)方向相同。月亮大約29.5天繞地球一圈，在這期間月亮?xí)牡厍蚝吞?yáng)之間穿過(guò)，有時(shí)就會(huì)造成日食。日食發(fā)生時(shí)，從地球上看，就是月亮追上太陽(yáng)，并把它遮住，然后超過(guò)它。雖然月亮距離我們要比太陽(yáng)近多了，是日地距離的1/400，月亮上的信息傳遞過(guò)來(lái)需要1.2秒多一點(diǎn)的時(shí)間。如果把這個(gè)時(shí)間忽略的話，在地球上看日食發(fā)生的過(guò)程是：月亮沿著太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的方向移動(dòng)，首先遮住的是8.3分鐘以前太陽(yáng)發(fā)出的光，于是日食就發(fā)生了，但這時(shí)實(shí)際太陽(yáng)早就向前移動(dòng)了，月亮并沒(méi)有遮住它。經(jīng)過(guò)大約40秒的時(shí)間，月亮就會(huì)追上太陽(yáng)并遮住它，這時(shí)，月亮、地球和太陽(yáng)才真正在一條線上。
現(xiàn)在我們?cè)傺芯恳幌氯帐嘲l(fā)生的過(guò)程中的引力問(wèn)題。在日食發(fā)生時(shí)，地球受到太陽(yáng)和月亮的引力方向連成一線，它們對(duì)地球的潮汐作用會(huì)疊加，達(dá)到最大。但是，每次發(fā)生日食時(shí)，我們測(cè)量潮汐作用引力最大的時(shí)間，并不是日食發(fā)生的時(shí)間，而是退后大約40秒，與地、月、日實(shí)際連成一線的時(shí)間幾乎同時(shí)。如果引力的傳播速度是光速，那么地球上潮汐最強(qiáng)的時(shí)刻應(yīng)該會(huì)提前40秒才對(duì)，但實(shí)際情況卻不是這樣。這說(shuō)明，光的傳播需要時(shí)間，而引力的傳播卻幾乎不需要時(shí)間!
>>>> 引力如何逃出黑洞 <<<<
還有，黑洞對(duì)引力的速度是光速也提出了異議。黑洞是大質(zhì)量恒星晚年超新星爆炸后形成的，黑洞一形成，極大的引力連光速運(yùn)動(dòng)的光子都無(wú)法逃出，這是大家都知道的。雖然黑洞讓光子都無(wú)法逃出，但引力卻依然存在，那么引力波或引力子是如何逃出黑洞，影響遠(yuǎn)處的天體的呢?可能的解釋就是：要么引力的速度遠(yuǎn)超過(guò)光速，要么引力的傳播不是靠引力波或引力子。
對(duì)此，黑洞專家是這樣解釋的，黑洞周?chē)囊?chǎng)在黑洞形成之前的瞬間就凍結(jié)了，因此引力場(chǎng)不受黑洞的影響，仍然會(huì)對(duì)遠(yuǎn)處的天體產(chǎn)生引力作用。但是，既然黑洞的引力場(chǎng)已經(jīng)凍結(jié)了，如果兩個(gè)黑洞相互繞轉(zhuǎn)會(huì)出現(xiàn)什么情況呢?如果碰撞在一起呢?顯然兩個(gè)黑洞的引力場(chǎng)是不斷變化的，一個(gè)凍結(jié)的引力場(chǎng)如何解釋兩個(gè)黑洞相互繞轉(zhuǎn)的情況呢?
>>>> 引力的本質(zhì)到底是什么 <<<<
這些問(wèn)題都說(shuō)明我們不能強(qiáng)制地給引力賦予光速這么小的速度，這也說(shuō)明引力的本質(zhì)很可能是現(xiàn)在的理論都還沒(méi)有說(shuō)清的秘密。我刊2011年01期《宇宙其實(shí)沒(méi)引力》曾根據(jù)現(xiàn)在科學(xué)家的研究對(duì)引力的本質(zhì)進(jìn)行了深入探討，認(rèn)為引力很可能不是一種單獨(dú)的力，而是其它相互作用的一種表現(xiàn)，例如是物質(zhì)分子運(yùn)動(dòng)的一種體現(xiàn)。如果引力是在物質(zhì)密布的空間中通過(guò)分子之間的影響來(lái)起作用的話，那么引力的傳遞好像是瞬間的就容易理解了，因?yàn)榉肿又g的距離是非常短的，力的傳遞幾乎不需要時(shí)間。
也可能引力的傳遞可以類比電流：感覺(jué)上電流的傳播幾乎是瞬間的，這里一開(kāi)電閘，遠(yuǎn)處的燈泡馬上就亮了。但實(shí)際上并不是電閘這里的電子順著電線跑到遠(yuǎn)處的燈泡上把燈泡點(diǎn)亮的，因?yàn)閱蝹€(gè)電子在導(dǎo)線中運(yùn)動(dòng)的速度只有每秒幾毫米到幾米的樣子，但是電場(chǎng)的傳播是每秒30萬(wàn)千米。電流的傳播是電場(chǎng)的傳播，電閘一開(kāi)，電場(chǎng)讓電路中的所有電子接到了馬上運(yùn)動(dòng)的命令，從而線路上馬上就有了電流。這里，電場(chǎng)的傳播速度與電子的運(yùn)動(dòng)速度差了至少上億倍!
很可能引力子或引力波的運(yùn)動(dòng)速度與引力場(chǎng)的傳播速度也不同，也相差至少上億倍，如果引力子或引力波的運(yùn)動(dòng)速度是光速，那么引力場(chǎng)的傳播速度就是光速的上億倍!
但是還有一個(gè)問(wèn)題，那就是天體牽動(dòng)周?chē)镔|(zhì)的運(yùn)動(dòng)，也需要超光速才行，這種表現(xiàn)就像我刊2006年01期《幻覺(jué)宇宙》描述的那樣，宇宙在大范圍中很可能就像大塊頭的生命一樣，一舉手一投足的幾秒內(nèi)都牽扯多少光年的距離!
如果這樣認(rèn)為，上面的不解之謎就都能解開(kāi)了。但如果是這樣，引力的本質(zhì)又是什么呢?
>>>> 輕松探測(cè)引力波 <<<<
愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論預(yù)言，天體在做變速運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)發(fā)射引力波，比如兩顆恒星彼此繞著對(duì)方轉(zhuǎn)時(shí)，就會(huì)以輻射引力波的形式損失能量。因?yàn)樵趶V義相對(duì)論中，引力被解釋成空間的彎曲，所以引力波就是空間本身的波動(dòng)。但這種波動(dòng)是非常小的，傳播到地球上那就更微乎其微了。這就是我們一直沒(méi)有直接探測(cè)到引力波的原因。
在地球上，倘若要直接探測(cè)引力波，需要借助非常精密的儀器。比如建于德國(guó)的一架引力波探測(cè)器，其精度達(dá)到這樣的程度，哪怕從地球到太陽(yáng)這么長(zhǎng)的距離之內(nèi)發(fā)生僅相當(dāng)于一個(gè)原子長(zhǎng)度的變化，也能探測(cè)到。
>>>> 由此可見(jiàn)，探測(cè)引力波非借助高科技不可! <<<<
不過(guò)，且慢!要直接探測(cè)引力波，無(wú)疑要借助高科技，那么間接地探測(cè)引力波引起的效應(yīng)呢?其實(shí)我們只要擁有一架光學(xué)望遠(yuǎn)鏡和一塊秒表即可。
美國(guó)得克薩斯大學(xué)的一位天文學(xué)家用手頭的這兩樣?xùn)|西最近就做到了這一點(diǎn)。他觀測(cè)的是由一對(duì)白矮星組成的雙星系統(tǒng)，叫Jo651，其公轉(zhuǎn)周期是12.75秒。他發(fā)現(xiàn)，它們現(xiàn)在的公轉(zhuǎn)周期比一年前快了1/4微秒。他把這歸因于白矮星輻射引力波，損失了能量，導(dǎo)致距離縮短，速度加快。
你或許會(huì)說(shuō)，我手頭的秒表可沒(méi)法測(cè)1/4微秒這么短的時(shí)間呀。不要緊，這個(gè)微小變化會(huì)不斷積累，直到可以讓你的秒表也能測(cè)量。比如，下一次星食(即在我們的視線范圍內(nèi)，兩顆白矮星中一顆擋住另一顆)時(shí)，星食持續(xù)的時(shí)間比起假設(shè)它們從未輻射引力波，將縮短大約6秒鐘。
其實(shí)用類似的辦法，早在上個(gè)世紀(jì)60年代，天文學(xué)家就已經(jīng)間接探測(cè)到了引力波。不過(guò)當(dāng)時(shí)他們觀測(cè)的是脈沖星，而觀測(cè)脈沖星需要借助射電望遠(yuǎn)鏡，這可不是我們一般人能做到的。
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