引力传播速度是光速，我们是如何测量的？

地矿科技助理

以前我们比较关心的问题是：引力是否是瞬时的或者引力的传播速度是否是有限的。在牛顿时期，人们确实认为引力是瞬时的超距作用，但自爱因斯坦重新描述引力以后，我们才知道，原来引力是有特定速度的！那么如题所问，在我们还没有量化引力的前提下，并且引力也是自然力中最弱的力，那么我们是如何测量出引力的速度的？

牛顿引力和广义相对论最大的区别之一

我们现在知道光的传播速度有多快，299792458米/秒！即使太阳突然消失，我们也能在太阳消失后，8分钟多一点的时间里继续接收到来自太阳的光线！但是引力和地球轨道呢？地球会不会像一个旋转的球一样，在一根绳子断裂的瞬间，以直线飞离轨道呢？

或者地球还会继续在轨道上稳定的运行一段时间（也许这段时间可能会产生一些影响，毕竟太阳真的没有了）！

以上两种情况就是牛顿"老一派"引力理论和爱因斯坦"新时代"广义相对论之间最大的区别之一。

根据牛顿的理论，有两个质量物体相隔一段距离，质量和距离就决定了引力的大小，没有其他花里胡哨的东西。所以当你拿走其中一个质量，引力会立刻消失。

但在广义相对论中，情况要稍微复杂一点。首先，不是质量本身直接导致了引力。相反，所有形式的能量(包括质量)都会影响空间的曲率。所以对于太阳和地球来说，太阳的巨大质量控制着它周围空间的曲率，地球实际上是沿着弯曲空间的轨道在运行。

如果只是简单地把太阳拿走，空间就会回到平坦的状态，但空间恢复原状需要个过程。我们可以想象一下空间是一个富有弹性的网，你把网拉一下然后松手，会看到什么？来回波动！我们再想象一个池塘的水面，你扔了一个石头进去，水面会激起涟漪，并向四周扩散！这也是所谓的引力波！我们现在没有找到引力子，我们无法测量引力子的速度，但我们可以测量引力波再空间传播的速度？

寻找变化的引力波

在爱因斯坦的引力理论中，这些涟漪以光速在运动，而不是瞬间运动。

这又有另外一个问题，想象一下：如果地球是静止的，它会以一种方式感受到这些空间涟漪，但如果地球在太空中运动，它会不会感受到不同的引力？

太阳现在的引力在8分钟内不会影响到地球，地球现在感受到的引力，实际上是把它拉向8分钟前的太阳！

由于地球在引力场中运动，它的位置在不停的发生改变，所以地球感受到的引力也在变化。这时我们就得出了两个效应：速度会影响引力，变化的引力场也会影响引力。

在理论上，我们知道引力的速度应该和光速相同。但是太阳的引力，实在是太弱了，无法测量出这种效应。事实上，就算引力很大也很难测量，因为如果一个物体在恒定的引力场中以恒定的速度运动，根本就没有可观测到的影响。不会对空间产生任何的扰动！一切都是那么平稳！

理想情况下，我们想要的情况是：一个物体以一个不断变化的速度在一个不断变化的引力场中运动。那么这个系统去哪里找呢？

我们是否记得宇宙中一种特殊的天体，两颗中子星绕着彼此以极其接近的轨道运行！由于中子星会发出非常规律的超高精度脉冲，我们可以测量引力导致的脉冲星脉冲周期的变化，估算出引力波变化的上限，以确定引力波在空间是否以光速传播。

目前我们已经发现了具有这种精确结构的多个独立的双脉冲星！也间接的估算除了引力的速度范围！

上图中两颗中子星围绕彼此运行时，会发生轨道衰减，所以运行的速度一直在发生改变，由于中子星的引力巨大，会在空间产生不断变化地引力波！引力波还影响中子星到地球之间的空间变化，我们都知道中子星的脉冲十分精准，但由于空间引力的变化，我们接收到的脉冲会发生微小的变化，从而测算出引力波的变化！这个过程肯定很复杂，我们这些吃瓜群众就大致了解下就行了！

科学家从第一个双星脉冲星系统，PSR 1913+16(胡尔斯-泰勒双星)，已经测得了引力的速度基本为光速，误差小于1%！

要想直接测量引力波。也许我们需要等到2030年左右。欧空局启动并运行LISA计划，可以直接测量引力传播的速度。

目前对于双脉冲星的间接测量，告诉我们引力的速度在2.993 x 10到3.003 x 10米/s之间，这是对广义相对论的又一次证实。