據目前所知,引力波的速度並沒有超光速。
這從理論和實踐中都得到了證實。引力波是愛因斯坦於100多年前在廣義相對論中預言存在的,並從引力場方程中推算出引力波的速度為光速。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。按照愛因斯坦廣義相對論的說法,引力是時空彎曲的幾何效應,「引力」和時空是有聯繫的,彎曲的時空就是引力場。所以從這個角度上看,引力的傳播是彎曲時空自身的傳播,而引力波是時空變化的傳播,兩者是有區別的,但它們的傳播速度應該是一樣的,即都是光速,而非10000倍光速。
既然引力波是時空變化的傳播,下面我們就再從時空的特性方面加以分析。
我們知道所有物體的運動都是在時空中的運動,都是以時空為背景,運動速度等於路程除以時間,速度的大小是時空的度量。光的運動也不例外,光速再快也是在時空裡的運動,跑不出時空。
時空具有相對性,光速的不變正是時空都具有相對性的體現,光和光速可以說是時空的本質屬性,代表著時空自身的東西,因此任何物體的運動速度不會超過時空就不會超過光速,光速成為物體運動的最高速。引力和引力波也是與時空有關,因此它們的速度理論上也只能是光速,不可能是10000倍光速。
對引力波速度的一點質疑
上面已經討論了,引力波既然是時空的漣漪,那它的速度必然與時空的特性有關,時空不但是彎曲不均勻的,而且還是膨脹的。不但是膨脹,還是超光速膨脹。那時空的膨脹是否能影響引力波的傳播速度?是像光速一樣一直不變?還是隨著超光速膨脹的空間而自然超光速傳播?還尚未可知。
根據哈勃定律中的哈勃常數可計算出星系相互之間超過多大距離,相互退行(空間膨脹)的速度就超過光速了。2018年最新的哈勃常數為73.52千米/秒·百萬秒差距,即每相距326萬光年,星系的退行速度就增加72.53千米/秒,用光速除以這個哈勃常數,很容易就算出大約距地132.9億光年處,星系所在的空間膨脹速度就超過光速了。目前相對於地球來說,可觀測宇宙的直徑為930億光年,即以地球為中心,半徑為465億光年的球形區域。
按照上面算法,在465億光年的可觀測宇宙邊緣處的空間膨脹速度大約為3.5倍光速。也就是說即使引力波的速度跟隨空間膨脹變化,它的速度也只是3.5倍光速。這當然是可觀測宇宙大小範圍內的,隨著以後科學水平和觀測水平的提高,可觀測宇宙範圍還會進一步擴大,當然有一些星系我們永遠也不會看到,我們當前的理論除了量子力學,其他的包括相對論都是定域化的,即影響不到我們的東西可以認為它不存在。這樣有科學家計算宇宙的真正大小為2250億光年,
即使按這個尺寸算,引力波的速度也不會超過17倍光速,離著10000倍光速差的太遠。
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