引力的速度真的是光速吗?

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发布时间:2022-07-21 浏览次数:482

        量子力学和相对论都认为,引力的速度是光速。引力的速度真的是光速吗?

        引力虽然无处不在,无时不有,但是有关引力的问题却是科学家们最纠结的问题,至今科学界还不敢说引力的本质到底是什么。有关引力的速度,更是科学家们千方百计回避的问题。课本中这方面的内容只是肯定地告诉学生,引力的速度就是光速!但是任何一位有独立思考能力的学生都会根据已有的现象产生怀疑:引力的速度真的是光速吗?

        量子力学认为引力是通过一种没有质量、永远相吸的假想粒子——引力子来传递引力的,引力子的传播速度是光速。广义相对论认为引力是有质量的物体导致时空弯曲的结果,质量的改变或物体位置的改变会以引力波的形式向外辐射,从而把时空弯曲的改变以光速传播开来。而牛顿本人则认为两个物体之间的引力是瞬间传递的,也就是说,引力的速度是无穷大!
       到底引力的速度是多少?随着牛顿的理论被爱因斯坦的理论取代,科学界也把引力的速度认定为光速,因为关于速度问题,还有个最大的限制:爱因斯坦说,宇宙中最大的速度就是光速,没有比光速更大的速度了。由此可见,引力的速度也不能超过光速。
        无论是根据牛顿的万有引力定律还是爱因斯坦的时空弯曲理论,都不难发现,一个物体的引力大小和方向与太阳光的辐射很相似,太阳发出的光是以球形向四面八方辐射开来的,引力作用也是以球形向四面八方传播的;距离太阳越近,接收到的阳光也就越多,引力也就越大。离太阳远了,阳光和引力也就小了,这一点是科学界都认同的。
        但是当牵扯到速度时,引力与光好像就分家了,科学家们的观点也因此分家了。

        


          >>>> 地球迎着光子运动 <<<<

        由于光的传播速度是光速,太阳光到达地球需要8.3分钟,因此我们看到的太阳光是太阳在8.3分钟之前发出的,也就是说,我们看到的太阳是8.3分钟之前的太阳,实际上太阳现在已经不在那个位置了,它的实际位置在我们看到的太阳前面22角秒(1角秒是1/3600度)的地方,也就是说,我们的眼睛分别与视觉太阳和实际太阳各连一条线,这两条线是一个以我们为顶点的22角秒的角。

        这一点不难理解,这个现象已经被科学家发现了近300年了。
        由于太阳不断向外发射着光子,地球也就时刻接受着阳光的击打。而地球在围绕太阳运动,因此,地球是迎着太阳光的击打运动的。光子虽然没有静止质量,但运动的光子对物体还是会产生一种力的作用,这种作用叫光压。太阳产生的光压方向并不是在地球的正侧面,而是在地球的侧前方。就像我们在没有风的雨地里跑,雨是从侧前方打到我们身上一样。太阳光子从侧前方朝地球打来,这就对地球有一个向外和向后的压力,但小小的光子相对于地球来说太渺小了,光压作用几乎可以忽略,因此对地球的运动没有产生什么明显的影响。
        但是,围绕着太阳旋转的小尘埃就不一样了,侧前方的光子击打在尘埃上,也是会产生向外和向后的压力,这向后的压力对尘埃的运动就是一种阻力,会导致尘埃的旋转速度越来越慢。而虽然有一个向外的光压,但相对于引力来说就太小了,因此在太阳的引力下,小尘埃就会慢慢地落向太阳。

      

         >>>> 地球迎着引力吗 <<<<

        现在我们回过头来说一说引力。

        太阳在空间中的位置变动了,那么它发出引力的位置也就变了,这种变化如何传达给地球呢?爱因斯坦认为引力场的变化会通过引力波向外传播,量子理论认为是通过引力子传递给地球。无论是引力子还是引力波,其传播速度都被认为是光速。
        如果引力的传播是光速,那么与光子的传播是同样的道理,太阳同时发出的光子和引力波,在8.3分钟以后同时到达地球。但是引力体现的是一种吸引力,与光压方向正好相反。前面已经说了,光压是在地球侧前方阻碍地球向前运动,那么引力就是在地球侧前方拉地球向前运动,就是说,太阳的引力会拉动天体的运动!
        但是,引力要远远大于光压,这样说来,那些围绕太阳旋转的尘埃颗粒的速度会越来越快,就会越来越远离太阳!同样,地球也会体现出公转速度越来越快,越来越远离太阳的情况。想像下去,最终太阳系的所有天体都会逐渐远离太阳!同样的道理,宇宙中的所有围绕其它天体旋转的星球也都会相互远离!
        但这种情况并没有发生,太阳系现在还是安稳的太阳系,宇宙现在也还是平稳的宇宙。
        这说明了什么?这说明了“如果引力的速度是光速”的假设是不成立的!科学家估计,引力的速度至少超过光速1亿倍!

         >>>> 引力方向说明了什么 <<<<

        也许有人会说,有可能引力的速度就是光速,只是还存在我们不了解的某种因素,这种因素正好能够抵消引力对天体的拉力。

这完全是有可能的,毕竟我们对宇宙的了解还很少。
        那么我们就换一种探测方法,既然引力对物体速度的影响有可能被某种因素抵消掉,但引力的方向总不可能被抵消吧,那么我们就可以通过探测地球受到太阳的引力方向来推测引力的传播速度。
        与上述光的传播同样道理,如果我们测出地球受到的引力方向是指向视觉太阳的,那么我们就只能说引力的速度与光速相当,如果是指向实际太阳的,那么我们就可以判断引力的速度远远大于光速……
        可是如何精准探测地球受到太阳引力的方向呢?物理上,探测物体受力方向一般是测量其加速度方向,而探测加速度方向,可以通过极短时间内物体位置的变动来探测。
        而极短时间内地球位置的变动又如何探测呢?极短时间可以测得,但在茫茫太空中地球位置的变动又如何探测呢?太空中可没有一个固定的目标可以让你做参考。于是我们可以想个办法:宇宙中有一种天体叫脉冲星,它的自转极快,自转一圈一般是0.01秒到数秒不等,并且它的两个磁极会喷射两道光束,这两道光束像探照灯一样定时在宇宙空间中扫来扫去,有的脉冲星的光束也会扫射到地球上来。由于同一个脉冲星自转周期是长期不变的,所以通过脉冲星扫过地球的周期变化,我们就可以知道地球在宇宙空间中的位置变化。因为地球位置变动了,脉冲星扫过来的时间间隔就会发生微小的变化,或者增长,或者缩短。就像海边的灯塔一样,船如果顺着灯塔转的方向前进,由于船往前开了一段路,所以灯塔每转一圈,灯光射到船上的时间就要晚一些,长一些;反之,如果迎着灯塔前进,灯光射到船上的时间就要早一些,短一些。根据这个原理,我们就可以计算出不到1秒的时间内地球位置的变动,再进而计算出地球运动的加速度方向。
        出乎意料的是,科学家无论采用哪个脉冲星计算,得出的结果都是:地球受到太阳的引力方向是指向实际太阳的!这就等于说,地球与太阳之间的引力传递几乎是瞬间的!
        其实天文学家在利用牛顿定律计算星球之间的引力时,不论两个星球之间的距离有多远,都无视引力的速度问题,把引力的传递当成瞬间的。这样做也从来没有出过问题。

        

 

         >>>> 日食为何总是超前 <<<<

        如果还有人怀疑利用脉冲星计算地球受力方向的准确性的话,我们还可以根据一种常见的天文现象来形象地解释。

        我们知道,日食是地球、月亮和太阳三者正好在一条直线上的时候,月亮遮住了太阳光而形成的天文现象。但你知道不知道,日食发生时,地球、月亮和太阳实际上并不是在一条直线上,而是比地、月、日实际连成一线的时间提前将近40秒的样子!这是怎么回事呢?
        原来由于地球顺着自转方向绕太阳公转,月亮顺着地球自转的方向绕地球公转,所以在地球上看起来,月亮和太阳的运动方向相同。月亮大约29.5天绕地球一圈,在这期间月亮会从地球和太阳之间穿过,有时就会造成日食。日食发生时,从地球上看,就是月亮追上太阳,并把它遮住,然后超过它。虽然月亮距离我们要比太阳近多了,是日地距离的1/400,月亮上的信息传递过来需要1.2秒多一点的时间。如果把这个时间忽略的话,在地球上看日食发生的过程是:月亮沿着太阳运动的方向移动,首先遮住的是8.3分钟以前太阳发出的光,于是日食就发生了,但这时实际太阳早就向前移动了,月亮并没有遮住它。经过大约40秒的时间,月亮就会追上太阳并遮住它,这时,月亮、地球和太阳才真正在一条线上。
        现在我们再研究一下日食发生的过程中的引力问题。在日食发生时,地球受到太阳和月亮的引力方向连成一线,它们对地球的潮汐作用会叠加,达到最大。但是,每次发生日食时,我们测量潮汐作用引力最大的时间,并不是日食发生的时间,而是退后大约40秒,与地、月、日实际连成一线的时间几乎同时。如果引力的传播速度是光速,那么地球上潮汐最强的时刻应该会提前40秒才对,但实际情况却不是这样。这说明,光的传播需要时间,而引力的传播却几乎不需要时间!

          >>>> 引力如何逃出黑洞 <<<<

        还有,黑洞对引力的速度是光速也提出了异议。黑洞是大质量恒星晚年超新星爆炸后形成的,黑洞一形成,极大的引力连光速运动的光子都无法逃出,这是大家都知道的。虽然黑洞让光子都无法逃出,但引力却依然存在,那么引力波或引力子是如何逃出黑洞,影响远处的天体的呢?可能的解释就是:要么引力的速度远超过光速,要么引力的传播不是靠引力波或引力子。

      对此,黑洞专家是这样解释的,黑洞周围的引力场在黑洞形成之前的瞬间就冻结了,因此引力场不受黑洞的影响,仍然会对远处的天体产生引力作用。但是,既然黑洞的引力场已经冻结了,如果两个黑洞相互绕转会出现什么情况呢?如果碰撞在一起呢?显然两个黑洞的引力场是不断变化的,一个冻结的引力场如何解释两个黑洞相互绕转的情况呢?

          >>>> 引力的本质到底是什么 <<<<

        这些问题都说明我们不能强制地给引力赋予光速这么小的速度,这也说明引力的本质很可能是现在的理论都还没有说清的秘密。我刊2011年01期《宇宙其实没引力》曾根据现在科学家的研究对引力的本质进行了深入探讨,认为引力很可能不是一种单独的力,而是其它相互作用的一种表现,例如是物质分子运动的一种体现。如果引力是在物质密布的空间中通过分子之间的影响来起作用的话,那么引力的传递好像是瞬间的就容易理解了,因为分子之间的距离是非常短的,力的传递几乎不需要时间。

        也可能引力的传递可以类比电流:感觉上电流的传播几乎是瞬间的,这里一开电闸,远处的灯泡马上就亮了。但实际上并不是电闸这里的电子顺着电线跑到远处的灯泡上把灯泡点亮的,因为单个电子在导线中运动的速度只有每秒几毫米到几米的样子,但是电场的传播是每秒30万千米。电流的传播是电场的传播,电闸一开,电场让电路中的所有电子接到了马上运动的命令,从而线路上马上就有了电流。这里,电场的传播速度与电子的运动速度差了至少上亿倍!
        很可能引力子或引力波的运动速度与引力场的传播速度也不同,也相差至少上亿倍,如果引力子或引力波的运动速度是光速,那么引力场的传播速度就是光速的上亿倍!
        但是还有一个问题,那就是天体牵动周围物质的运动,也需要超光速才行,这种表现就像我刊2006年01期《幻觉宇宙》描述的那样,宇宙在大范围中很可能就像大块头的生命一样,一举手一投足的几秒内都牵扯多少光年的距离!
         如果这样认为,上面的不解之谜就都能解开了。但如果是这样,引力的本质又是什么呢?

           >>>> 轻松探测引力波 <<<<

         爱因斯坦的广义相对论预言,天体在做变速运动时会发射引力波,比如两颗恒星彼此绕着对方转时,就会以辐射引力波的形式损失能量。因为在广义相对论中,引力被解释成空间的弯曲,所以引力波就是空间本身的波动。但这种波动是非常小的,传播到地球上那就更微乎其微了。这就是我们一直没有直接探测到引力波的原因。

        在地球上,倘若要直接探测引力波,需要借助非常精密的仪器。比如建于德国的一架引力波探测器,其精度达到这样的程度,哪怕从地球到太阳这么长的距离之内发生仅相当于一个原子长度的变化,也能探测到。

          >>>> 由此可见,探测引力波非借助高科技不可! <<<<

          不过,且慢!要直接探测引力波,无疑要借助高科技,那么间接地探测引力波引起的效应呢?其实我们只要拥有一架光学望远镜和一块秒表即可。

          美国得克萨斯大学的一位天文学家用手头的这两样东西最近就做到了这一点。他观测的是由一对白矮星组成的双星系统,叫Jo651,其公转周期是12.75秒。他发现,它们现在的公转周期比一年前快了1/4微秒。他把这归因于白矮星辐射引力波,损失了能量,导致距离缩短,速度加快。
          你或许会说,我手头的秒表可没法测1/4微秒这么短的时间呀。不要紧,这个微小变化会不断积累,直到可以让你的秒表也能测量。比如,下一次星食(即在我们的视线范围内,两颗白矮星中一颗挡住另一颗)时,星食持续的时间比起假设它们从未辐射引力波,将缩短大约6秒钟。
          其实用类似的办法,早在上个世纪60年代,天文学家就已经间接探测到了引力波。不过当时他们观测的是脉冲星,而观测脉冲星需要借助射电望远镜,这可不是我们一般人能做到的。

          本文来源:大科技  作者:大科技   仅用于分享。如有侵权,请联系hq13379078029@163.com修改删除。
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