引力到底有多快？

由於對引力波的觀測，科學家能夠解決關於引力速度的長期爭論。

縱觀歷史，科學家們對引力的確切速度提出了許多答案。概括地說，兩個主要的命題是：引力要麼無限快，要麼和光速一樣快。由於對2017年記錄的引力波的觀測，我們現在知道，引力和光的速度是一樣的。

在人類已知的所有基本力量中，引力既是最熟悉的將宇宙凝聚在一起的力量，它將遙遠的星系連線在一個巨大的、相互聯絡的宇宙網路中。考慮到這一點，一個引人思考的問題是引力是否有速度。事實證明，它確實有，而且科學家已經精確地測量了它。

我們從一個思想實驗開始。假設在這一瞬間，太陽以某種方式消失，不僅是變暗，而而是完全消失。我們知道，光的傳播速度是固定的：每秒30萬公里。 根據地球和太陽之間的已知距離為1。5億公里，我們可以計算出需要多長時間我們在地球上才會知道太陽已經消失，大約需要8分20秒，正午的天空才會變暗。

但是引力呢？如果太陽消失了，它不僅會停止發光，而且也會停止施加支撐行星執行的引力。我們什麼時候會知道呢？

如果引力是無限快的，那麼太陽一消失，引力也會立即消失。我們仍然會在8分鐘多一點的時間裡看到太陽，但是地球已經開始四處遊蕩了，前往星際空間。另一方面，如果引力以光速執行，我們的星球將繼續像往常一樣圍繞太陽執行8分20秒，之後它將停止沿著它熟悉的路徑執行。

當然，如果萬有引力以其他速度傳播，那麼在海灘上的太陽崇拜者注意到太陽消失時和天文學家觀察到地球朝錯誤方向執行時的時間間隔就會有所不同。那麼，引力的速度是多少？

在整個科學史上，人們提出了不同的答案。發明了第一個複雜的引力理論的牛頓認為，引力的速度是無限的。他曾預言，在地球上的人類注意到太陽消失之前，地球在太空中的路徑會發生變化。

另一方面，愛因斯坦認為引力是以光速傳播的。 他預測，人類會同時注意到太陽的消失和地球在宇宙中的路徑改變。他將這一假設建立在他的廣義相對論中，該理論是目前公認的最佳引力理論，它非常精確地預測了行星圍繞太陽的路徑。他的理論比牛頓的理論做出了更準確的預測。那麼，我們能得出結論說愛因斯坦是對的嗎？

不，我們不能。如果我們想測量引力的速度，我們需要想出一種方法來直接測量它。當然，由於我們不能只是讓太陽“消失”片刻來測試愛因斯坦的想法，我們需要找到另一種方法。

愛因斯坦的引力理論做出了可測試的預測。最重要的一個是，他意識到我們所熟悉的引力可以解釋為空間結構的扭曲：扭曲越大，引力越大。這個想法產生了重大影響。它表明，空間是具有延展性的，類似於蹦床的表面，當一個孩子踩在上面時，它就會扭曲。此外，如果同一個孩子在蹦床上跳躍，表面就會改變：它上下彈跳。

同樣，空間也可以比喻為“上下彈跳”，儘管更準確地說是它壓縮和放鬆，類似於空氣傳播聲波的方式。這些空間扭曲被稱為“引力波”，它們將以引力的速度傳播。因此，如果我們能夠探測到引力波，我們或許可以測量引力的速度。但是以科學家可以測量的方式扭曲空間是相當困難的，而且遠遠超出了目前的技術。幸運的是，大自然已經幫助我們解決了這個問題。

測量引力波

在太空中，行星繞著恆星執行。但有時恆星會圍繞其他恆星執行。其中一些恆星曾經是大質量的，並且已經經歷過了它們的生命，然後死亡，留下一個黑洞，一個死去的大質量恆星的屍體。如果有兩顆這樣的恆星死亡，那麼你就會有兩個黑洞互相環繞。在它們繞軌道執行的過程中，它們會發出微小的（目前無法檢測到的）引力輻射，這使得它們失去能量並相互靠近。最終，這兩個黑洞足夠接近，以至於它們合併了。這個劇烈的過程釋放出大量的引力波。在兩個黑洞走到一起的那幾分之一秒裡，合併釋放出的引力波能量比可見宇宙中所有恆星在同一時間內發出的所有光都要多。

雖然引力輻射早在1916年就被預測到了，但科學家們花了近一個世紀才開發出探測它的技術。為了探測這些扭曲，科學家們使用兩個管子，每個管子大約4公里長，並以90度的方向排列，因此它們形成一個“L”形。然後他們使用鏡子和鐳射的組合來測量兩個管子的長度。引力輻射將以不同方式改變兩個管子的長度，如果他們看到正確的長度變化模式，就觀測到了引力波。

引力波的首次觀測發生在2015年，當時位於距離地球10億光年以上的兩個黑洞合併了。雖然這是天文學中一個非常令人興奮的時刻，但它並沒有回答引力速度的問題。為此，需要一個不同的觀察。

雖然引力波是在兩個黑洞碰撞時發出的，但這並不是唯一可能的原因。當兩顆中子星撞在一起時也會發出引力波。中子星也是燃燒殆盡的恆星，與黑洞相似，但略微輕一些。此外，當中子星碰撞時，它們不僅會發出引力輻射，還會發出強大的光爆，可以在整個宇宙中看到。 為了確定引力的速度，科學家需要看到兩顆中子星的合併。

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2017年，天文學家們得到了他們的機會。他們檢測到了一個引力波，兩秒多一點後，軌道觀測站檢測到了伽馬輻射，這是一種光，來自空間的同一位置，源於1。3億光年外的一個星系。最後，天文學家們找到了他們需要的東西，以確定引力的速度。

兩顆中子星的合併會同時發出光和引力波，所以如果引力和光有相同的速度，它們應該在同一時間在地球上被探測到。考慮到容納這兩顆中子星的星系的距離，我們知道這兩種型別的波已經旅行了大約1。3億年，並在彼此的兩秒鐘內到達。

所以，這就是答案。引力和光以相同的速度旅行，由精確的測量決定。它再次驗證了愛因斯坦，並暗示了關於空間性質的一些深刻的東西。科學家們希望有一天能夠完全理解為什麼這兩個非常不同的現象具有相同的速度。