引力波和引力的关系

如果太阳突然消失，地球会发生什么？按照我们的日常理解，我们可能会立刻飞出轨道，对吧？

实际上并不是这样。在太阳消失后的8分20秒内，我们还会沿着原来的椭圆轨道继续运行，毫无察觉。之后，我们才会逐渐意识到太阳的不见踪影，如同失去方向的醉汉开始四处漂泊。

这一切背后的原因是什么呢？这是因为引力的传播速度与光速是一致的。这并不是一个巧合，而是宇宙编程中的固有设定。

那么让我们来聊聊那位宇宙的第一个“bug”报告者——牛顿。

在爱因斯坦带着他的相对论和标志性疯狂发型出现之前，牛顿的万有引力定律是物理学界的者。这个定律的公式简洁到令人难以置信：

F = G m M r

仅仅四个参数就能描述整个宇宙的引力系统：万有引力常数G、第一个物体的质量m、第二个物体的质量M以及它们之间的距离r。这个方程能正常工作的前提就是引力必须即时传播。

但是这里存在一个巨大的问题。如果引力只能以光速传播，那么地球应该被吸引到太阳8分20秒前的位置，而不是现在的位置。试想，这会导致我们计算的行星轨道出现多么离谱的错误！就连牛顿本人如果用现在的观测数据去检验他的理论，也会觉得理论有误而将其抛弃。

事实上，为了让牛顿的理论与现代观测结果相符，人们设想引力传播的速度至少是光速的200亿倍。也就是说，在某种程度上，引力传播的速度需要被认为是无限的。

爱因斯坦，这位宇宙编码的重构大师，看到了牛顿理论的漏洞。他提出了相对论，其中距离不是绝对的，而是取决于观察者的运动。于是，他不得不对整个理论进行重构，创立了广义相对论，一个将引力和相对运动相结合的理论。在这个新理论中，没有绝对的空间，没有绝对的时间，也没有以无限速度传播的信号。所有的信号要么以光速传播（如果是无质量粒子），要么以低于光速的速度传播（如果有质量）。

在这其中有一个绝妙的转折：广义相对论中的两个相互抵消的效应。首先是“引力偏差”，这是由引力的有限传播速度引起的；其次是“速度依赖相互作用”，这是广义相对论特有的现象。这两个效应几乎完美地相互抵消了。唯一能使这种抵消有效的就是：引力速度必须等于光速。理论或许很美妙，但我们不能仅凭理论就下定论，我们需要证据来支持这一理论。在我们的太阳系中，太阳的引力场较弱，无法测量这种微妙的效应。因此我们需要寻找极端的环境进行测试，比如或中子星周围这样拥有强大引力场的地方，那里的距离小且物体运动速度快且不断变化。脉冲星为我们提供了一个绝佳的测试场地。当脉冲星在二元系统中运行时，它会发射引力波并消耗系统的能量导致轨道衰减。这种衰减速率高度依赖于引力速度。科学家使用首个发现的双脉冲星系统PSR 1913+16对引力速度进行了限制将其限制在光速的百分之零点二范围内这表示宇宙编码并没有绝对的bug只是存在一些微小的误差此外在一次偶然的天文对齐中地球木星和一个强无线电类星体排成一线当木星位于地球和类星体之间时其引力效应会导致星光弯曲这种弯曲的程度也取决于引力速度观测结果表明引力速度与光速相近近些年来引力波的首次观测带来了更严格的限制科学家同时检测到来自中子星中子星合并的引力波和光信号伽马射线信号比引力波信号晚到了超过一亿光年这告诉我们光速和引力速度的差异非常微小只要引力波和光子没有静止质量物理定律就要求它们必须以完全相同的速度运动：光速也就是引力速度宇宙的运行有其自身的规律尽管它可能很怪异但在这一点上它保持了一致性你看到的星星不仅仅是过去的光也是过去的引力它们以完全相同的速度向你传来就像游戏设定一样这是宇宙运行的必然结果除非你是宇宙的开发者能够修改游戏的源代码。