引力波是什麼,它的運行速度到底有多快,會超過光速嗎?

2020-12-05 時空通訊

本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文賽。

網絡上常見一些說引力波速度超過光速的說法,這不有位網友問我:引力波超過光速10000倍,你信嗎?我當然不信,但我不知道這位網友憑什麼這麼說,我只能反問:

你自己信嗎?憑什麼?

如果你自己相信引力波比光速快10000倍,依據又是什麼,哪來的底氣?

我相信全世界沒有一個科學家認為引力波超過光速,你這個超光速10000倍是哪來的呢?科學最反對神秘兮兮,任何發現和理論都要把它曬出來,讓全世界科學界用科學的方法驗證。相信這種胡說八道的可以把依據拿出來曬曬嗎?

持有這種說法的只有那位賣肝賣腎爭諾獎的哥們,他提出的所謂「全新的理論」,即「加速系+引力波+物質波」,速度可以極大極大地超光速。如果你信,你可以找他去探討。因為這位民科大俠的理論全世界所有科學家都看不懂,因此無人問津。

實際上,所謂看不懂只是客氣,因為這些民科的一些所謂「理論」與胡說八道無異,他們都是隨意拿來一些科學大師的理論名詞當虎皮,胡亂串起來,憑著吃飯拉屎的生活邏輯,憑空想像出來的一些東拉西扯的東西。事實上這類「理論」既沒有數理邏輯論證,也沒有觀測發現實驗證據支持,甚至這些人連這些科學名詞本身都沒有鬧明白,就拿出來唬人。

科學界如果搭理這種人,就會被胡攪蠻纏上,不但浪費了很多寶貴時間,還會徒增許多莫名其妙的煩惱。因此,主流科學界的引力波速度就還是光速,這是經過觀測發現和論證的,為了說明這個問題,我們首先要弄清楚何謂引力波。

引力波是愛因斯坦100年前的預言。

萬有引力定律是牛頓發現的,但牛頓只知道萬有引力與質量的關係,沒有深究萬有引力的本質是什麼,因此認為引力作用是瞬間產生的,沒有速度或無限速度,引力是一種超距作用,無論多遠的兩個物體,之間產生的引力都是瞬時發生的。

愛因斯坦在1916年發表的廣義相對論,揭示了引力的本質是時空彎曲的表現,是由於物體將空間壓彎了產生的幾何效應。我們可以這樣通俗的理解:將一張繃緊的床單比喻為時空,當在這個床單上丟下一個重物時,就會圍繞著重物產生一個凹坑,附近的物體在這個凹坑影響範圍,就會掉入這個坑中,這就是引力現象。

而引力波就是當這個重物掉到床單時,會引起的波動。廣義相對論的預言是:物體在空中加速運動時,空間的曲率也就是時空彎曲的程度會不斷發生變化,從而輻射出時空漣漪,這就是引力波。這是一個突破,因為引力波不可能被牛頓的經典引力理論所包容,這樣廣義相對論打破了引力傳播速度是瞬時無限的概念,預言引力波的速度為光速。

引力波被證實存在正好是愛因斯坦預言後的100年。

2016年2月11日,美國科研人員宣布,他們利用雷射幹涉引力波天文臺(LIGO)首次探測到引力波,哪怕這個引力波只將LIGO的4公裡長臂移動了1個質子直徑的萬分之一,就是0.00000000000000000016米,還是被這臺精密儀器敏銳地捕捉到了。

引發這次引力波事件的,是兩個距離我們13億光年的黑洞發生碰撞,巨大的引力擾動形成的時空漣漪,經過13億年的傳播,於2015年9月14日抵達地球,被精密儀器所偵測到。愛因斯坦廣義相對論於2015年完成,2016年正式發表,裡面預言了引力波存在,科學家們經過100年孜孜以求,終於證實了這個預言。觀測結果顯示,引力波的速度與光速相當。

2017年,科學家們又觀測到了一次至關重要的引力波事件,這次是距離我們1.3億光年的兩顆中子星相撞,被命名為GW170817事件。這次事件之所以具有重大意義,是被全球許多科學家觀測並證實,時空漣漪先後抵達了若干個設置在世界不同地域的引力波天文臺,所發生的時間延遲效應,讓科學家們能夠測算出波源準確的方位。

GW170817事件讓引力波得到了更為準確的測量。

老美的LIGO 擁有兩臺聯合運作的設備,一臺在華盛頓的漢福德,另一臺在路易斯安那州的利文斯頓。而位於義大利比薩附近更先進的VIRGO幹涉儀,於2017年也與LIGO兩個探測器開始了聯合搜索行動。

2017年8月17日,這3臺設備幾乎同時收到了GW170817事件的引力波信號,但由於這三臺引力波探測器所處的位置差異,引力波到達的時間出現了短暫的時間差異,信號首先到達VIRGO探測器,22毫秒後到達利文斯頓的LIGO探測器,又過了3毫秒才到達LIGO漢福德探測器。通過到達不同位置的三臺設備時間延遲效應,科學家們準確地測定了引力波來自太空的方位。

正在地球軌道運行的費米伽瑪射線空間望遠鏡(Fermi)與國際伽瑪射線天體物理實驗室(INTEGRAL),也偵測到短暫的伽馬射線暴「GRB 170817A」,其發生在併合事件後的1.7秒時刻。而世界上許多光學、射線、不同波段的電磁波,根據引力波源發出的準確方位,在以後幾周追蹤到了這次事件的餘暉。

GW170817事件在天文學裡具有裡程碑式的意義,全世界超過70臺路基或空基天文臺望遠鏡對這個事件進行了觀測,由此比較完美的觀測並描述了這次事件,這其中也有中國的貢獻。如這是兩顆總質量約太陽2.73~3.29倍的中子星,以三分之一以上光速相撞的事件,光球半徑達到40億千米,也就是兩個約10千米半徑的中子星撞出了40億千米的大火球,相當太陽膨脹到了海王星位置,光球膨脹速度達到光速的30%。

GW170817事件為引力波速度為光速提供了鐵證。

我們知道,可見光是電磁波譜裡面一小段波譜,整個電磁波,包括不可見光的無線電波、紅外線、紫外線、X射線、γ射線都是以光速傳播,因此在偵測到引力波的同時,我們可以同時觀測到波源發出的可見光和迸發出的伽馬射線等電磁波,這就印證了引力波速度與光速是相等的。

這次觀測到的引力波到達後,γ射線暴延滯了1.7秒。在引力波的時空漣漪和γ射線暴經歷了1.3億年的旅途才到達我們地球,相差僅1.7秒,這已經足以證明引力波等於光速了,但為什麼伽馬射線暴會延滯1.7秒才到達呢?

科學家給出的解釋是,引力波與伽馬射線暴發生的機制不一樣,很可能是這種延滯的主要原因。引力波是兩顆中子星相撞開始時就發生了,因此先一步形成時空漣漪,而伽馬射線暴產生的機制比較複雜,很可能會在相撞後到達能量極限時才爆發,這期間就需要一個短暫的時間。

中子星的合併不是瞬時完成的,它需要一定時間,這樣中子星的物質相互發生高能碰撞後才會產生伽馬射線暴;另外很可能中子星表面物質碰撞開始時能量相對還較小,碰撞深入到內部,能量極高時才迸發了伽瑪暴,這樣必然有一個延滯效應。

這次的引力波信號持續了100秒,頻率從24Hz逐步增加到幾百Hz,也可以印證碰撞的能量是逐步增大的。

綜上所述,引力波不可能發生比光速快10000倍的現象。

迄今為止,這個世界所有物質運動速度都嚴格遵守愛因斯坦狹義相對論給出的限制,就是光速極限、光速不變。世界上存在或可能存在的幾種超光速現象,如宇宙膨脹速度、量子糾纏超距作用、蟲洞穿越、曲速航行等,都不攜帶信息和能量,不屬於物質運動。這些問題時空通訊在過去多有討論,有興趣的朋友可以查看我過去發表的文章或回答,這裡就不展開說了。

就是這樣,歡迎討論,感謝閱讀。

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相關焦點

  • 到底是引力波的速度快,還是光速快?
    引言:愛因斯坦的預言終成現實,引力波被證存在。對于敏捷而又神奇的引力波,部分人可能心存疑惑,到底是它「跑」得快還是光子「跑」得快?對此,你有什麼看法?最後是引力波,引力波是一個名不副實的事物,它代表的並不是引力的波動情況而是時空的振動情況,所以,引力波還有另一個名字——「時空漣漪」。對於這一特殊事物,許多人或十分好奇,據說它的傳播速度極快,那麼它的速度是否超過了光速?從理論角度來看,結合引力場方程等多個計算方程來看,引力波的速度等於光速而並未超越光速。
  • 引力波是什麼,它的速度有多快,能超光速嗎?
    這是最難理解的事物之一,帕特倫的支持者羅伯特·漢森想知道更多關於: 引力波是以光速傳播的微小的時空擾動。然而,時空可以比光速更快的擴張和收縮。壓縮波的定義是緊跟在收縮後的擴張所產生的波。這似乎產生了一個悖論:引力波以光速傳播,但似乎有一種理解它們是超光速的,如何解釋這一明顯的悖論?
  • 引力波的傳播速度有多快_引力波傳播是瞬時的嗎_引力波的傳播方向
    引力波的傳播速度有多快   引力波如何傳播的   以地球如何感受太陽引力為例。      引力波的傳播速度不能超過光速   光速是指光波或電磁波在真空或介質中的傳播速度。真空中的光速是目前所發現的自然界物體運動的最大速度。它與觀測者相對於光源的運動速度無關,即相對於光源靜止和運動的慣性系中測到的光速是相同的。物體的質量將隨著速度的增大而增大,當物體的速度接近光速時,它的質量將趨於無窮大,所以有質量的物體達到光速是不可能的。只有靜止質量為零的光子,才始終以光速運動著。光速與任何速度疊加,得到的仍然是光速。速度的合成不遵從經典力學的法則,而遵從相對論的速度合成法則。
  • 如果速度超過光速會有什麼後果?會和相對論衝突嗎?
    光速不可超越似乎是我們這個宇宙的初始設定時的一項重要參數,因為到現在為止關於速度的一切發現,光速都是天花板,宏觀物體我們沒有能力加速到光速,但對於微觀粒子,可以加速到99.999999%的光速,但始終距離光速有一步之遙!
  • 如果速度超過光速會有什麼後果?會和相對論衝突嗎?
    光速無法達到,這是狹義相對論中推導出來的結果,而所有實驗指向都同樣如此,一個質增效應就會讓所有在速度上的努力付諸東流,這就歐洲粒子中心無論怎麼加速,都不可能讓質子束達到光速,而只能無限接近光速的原因,至於有多接近,那麼就看人類的加速器規模了!
  • 光速是宇宙中最快的速度嗎?有四種速度比光速還要快
    根據愛因斯坦相對論,有質量的物體在宇宙中的速度只能無限接近光速而無法達到,更無法超越。如果物體的速度被限制在了光速以內,那人類能夠探索的星空就非常有限了,我們將永遠不可能探索銀河系,探索整個宇宙。如果是這樣的話,那人類發展太空科技還有什麼意義?那麼光速真的是宇宙中最快的速度嗎?
  • 引力波速度是為什麼是光速?引力速度是最快速度嗎?
    先確定一下你說的速度是指什麼速度,你不說我當你是運動速度了()按照狹義相對論,宇宙中最快的運動速度是光速。這是狹義相對論的基本公設,目前所有理論所有實驗都沒有違背這條公設。至於光速為什麼不變,在這裡就不多作探討。簡單說就是四維時空的結構決定的。然後我們來看看廣義相對論裡的引力速度。
  • 為什麼引力波會以光速傳播?
    另一方面,廣義相對論,它解釋了物質/能量和空間/時間之間的關係,並描述了我們所經歷的引力。在廣義相對論的背景下,出現了一種新的輻射類型:引力波。然而,儘管這些引力波與光無關,但它們必須以光速傳播。這是為什麼呢?我們知道電磁輻射的速度可以由真空中的麥克斯韋方程推導出來。什麼方程(可能與麥克斯韋方程類似?)提供了重力波必須以光速傳播的數學證明?
  • 引力波的傳播速度是多少?會比光速更快嗎?
    在牛頓的引力理論中,引力作用是瞬間產生的,無論多遠的物體都有引力作用,所以引力就成了一種超距作用。但在愛因斯坦的廣義相對論看來,引力是物體壓彎空間產生的幾何效應,並且引力也不是超距作用,引力在空間中的傳播速度為光速。
  • 如果一種物質的速度超過光速,會發生什麼?
    如果物質的速度超過光速會怎麼樣?我認為它會消失或者被取代,但它不會被摧毀!! 我們不知道如果一種物質的速度超過光速會發生什麼,原因很簡單,因為它永遠不會超過光速。光速是一個物體相對於附近物體的運動速度的最基本上限。事實上,任何具有有限靜止質量的物體都不可能以光速運動。
  • 有人說「引力波」的速度比光速大10000倍,可信嗎?
    2016年和2017年人類兩次探測到引力波,特別是2017年10月16日從1.3億光年外首次探測到了雙中子星併合產生的引力波,其速度為光速。愛因斯坦認為帶質量物體加速度運動就會產生引力波。實際上愛因斯坦並不喜歡「引力波」這個叫法,是個「波」不假,但嚴格說起來,它並不是「引力」的波動,它是時空變化的振蕩傳播,所以引力波被稱為時空的漣漪。
  • 引力波是什麼?時間、光速、引力波,到底帶給時空什麼樣的神秘改變?
    宇宙膨脹的速度,很大程度上來源於宇宙大爆炸時期的都能,同時也可能有很多不同的推動力在不斷的推進宇宙的膨脹。這些不同的力,如果沒有限制的話,那麼就會出現無序的變化,引力波就是平衡各種力的源泉。我們可以看到宇宙中的每一個星系都是井井有條,當然有些星系會出一些有些特殊情況,但是整體來說星系的本質順序並沒有改變,物質的結合規律也沒有發生改變,這就是引力波的作用。
  • 引力波速度之謎,近年引力波研究端倪
    不是,也可以說是,因為引力的速度等於光速。但光速已經是物理學界的一個基本常數,從微觀世界到宏觀世界都是以光速這個標尺來衡量的。前些年才證實的引力波傳輸速度也是光速。因此引力波、電磁波、光波是人類發現同樣速度的幾種現象,只是與光速並列,並沒有超過光速。因此光速依然是最經典的最快速度,廣泛用於宇宙大小尺度的丈量。人類在生活中最常用的尺度是米,現在科學界確定最精確的1米為光在真空中1/299792458秒所運行的距離。也就是說光速在真空中運行每秒速度為299792458米,約為30萬千米,1光年為9.46萬億千米。
  • 在宇宙中「引力波」比光速快10000倍你相信嗎?
    引力波是愛因斯坦在廣義相對論場方程中的一個解。題主說引力波超過光速萬倍,這完全成立,而且不止萬倍。先從理論上說,黑洞可以吃掉一切物質包括光,但美國ligo卻從兩個黑洞的碰撞中檢測到了引力波,這充分證明引力波的傳播速度超過光速。因為如果引力波與光速相等,應該無法掙脫黑洞束縛。
  • 如果速度超過光速會有什麼後果?
    ,由此推導出真空中的光速是宇宙中最快的速度,任何物體或者信息的傳播速度都不會超光速。那麼,如果速度超過光速會發生什麼?為什麼光速是宇宙速度上限?雖然光速理論上不可超越,但在現實中確實有各種「超光速」現象,切倫科夫輻射就是一個例子。切倫科夫輻射光的傳播速度與介質有關,在真空中最快,而在其他介質中會變慢。例如,光在水中的傳播速度會下降25%,為真空光速的75%。在這種情況下,就有可能出現超光速的情況。
  • 宇宙中最快的速度光速,它自身動力從何而來?為什麼能一直運行?
    光速每秒30萬公裡,身為宇宙中最快的速度,它的動力來自哪裡?在宇宙中最快的速度莫過於是光速了,沒有任何事物能夠超過它,通過相對論我們能夠了解到,宇宙中的事物只能接近它,不能超過它,因為接近光速的一瞬間,物質就會不斷開始擴大,慢慢就開始爆炸,所以這個時候想要再接近光速的時候,簡直是太難了,這也是在宇宙中沒有超光速物質的原因,讓很多人比較鬱悶,難道在宇宙當中真的沒有超過它的物質嗎?
  • 如果物體從足夠高的地方自由落體,它的速度會超過光速嗎?
    如果物體從足夠高的地方自由落體,它的速度會超過光速嗎?宇宙當中最快的速度是什麼?相信許多人都能夠給出答案——那就是真空中的光速。真空中的光速也是我們人類在三維的宇宙空間當中,目前為止能夠探測到的最快的速度,也是人類科學的一個瓶頸。
  • 宇宙本身膨脹的速度真的比光速還快嗎?
    讓我們先回到愛因斯坦的狹義相對論,並且想想當我們說沒有什麼移動得比光快的時候是什麼意思。它的意思是,如果你有兩個處在相同時空中的物體(在同一時間同一空間),那麼它們相對彼此的移動速度不可能超過光速。即使其中一個在以99%光速的速度朝北運動,而另一個以99%光速的速度朝南移動,它們之間並不是以198%光速的相對速度移動,而是99.995%的光速。
  • 宇宙邊緣的星系遠離我們的速度超過了光速,什麼力量在推著它前進
    從地球向外望去,即使使用最先進的望遠鏡,我們也只能看到大約465億光年處的事物, 所以可觀測宇宙的直徑一般被認為是930億光年,就是我們可觀測距離的兩倍,而就在可觀測宇宙的邊緣處,那裡的地球相對於我們來說,正是以光速的距離遠離我們。
  • 如果一個物體的速度超過光速,你能看到它嗎?
    當一個物體超過光速時,會有什麼現象?我們知道,按目前的理論,在這個宇宙沒有什麼比光速更快。那麼假設一個物體的速度超過光速,你能看到它嗎?如果物體假設比光速快,那麼從物體到眼睛的光線到達將被延遲。在現實生活中,如果有這樣一個快速移動的物體,它可能會因為大腦的處理時間限制而留下藍色紅色模糊的外觀,而從它發出的超瞬變藍紅色的光將是由於都卜勒的變化,如下文所述。當它穿過你或剛剛穿過你的時候,你會首先看到藍移光靠近你,這是由於縮短波長,增加了光頻,導致接近物體的都卜勒藍移。