引力的速度真的是光速嗎？
量子力學和相對論都認為，引力的速度是光速。引力的速度真的是光速嗎?
>>>> 傳統觀點：引力以光速傳播
引力雖然無處不在，無時不有，但是有關引力的問題卻是科學家們最糾結的問題，至今科學界還不敢說引力的本質到底是什麼。有關引力的速度，更是科學家們千方百計迴避的問題。課本中這方面的內容只是肯定地告訴學生，引力的速度就是光速!但是任何一位有獨立思考能力的學生都會根據已有的現象產生懷疑：引力的速度真的是光速嗎?
量子力學認為引力是通過一種沒有質量、永遠相吸的假想粒子——引力子來傳遞引力的，引力子的傳播速度是光速。廣義相對論認為引力是有質量的物體導致時空彎曲的結果，質量的改變或物體位置的改變會以引力波的形式向外輻射，從而把時空彎曲的改變以光速傳播開來。而牛頓本人則認為兩個物體之間的引力是瞬間傳遞的，也就是說，引力的速度是無窮大!
到底引力的速度是多少?隨著牛頓的理論被愛因斯坦的理論取代，科學界也把引力的速度認定為光速，因為關於速度問題，還有個最大的限制：愛因斯坦說，宇宙中最大的速度就是光速，沒有比光速更大的速度了。由此可見，引力的速度也不能超過光速。
無論是根據牛頓的萬有引力定律還是愛因斯坦的時空彎曲理論，都不難發現，一個物體的引力大小和方向與太陽光的輻射很相似，太陽發出的光是以球形向四面八方輻射開來的，引力作用也是以球形向四面八方傳播的;距離太陽越近，接收到的陽光也就越多，引力也就越大。離太陽遠了，陽光和引力也就小了，這一點是科學界都認同的。
但是當牽扯到速度時，引力與光好像就分家了，科學家們的觀點也因此分家了。
>>>> 地球迎著光子運動
由於光的傳播速度是光速，太陽光到達地球需要8.3分鐘，因此我們看到的太陽光是太陽在8.3分鐘之前發出的，也就是說，我們看到的太陽是8.3分鐘之前的太陽，實際上太陽現在已經不在那個位置了，它的實際位置在我們看到的太陽前面22角秒(1角秒是1/3600度)的地方，也就是說，我們的眼睛分別與視覺太陽和實際太陽各連一條線，這兩條線是一個以我們為頂點的22角秒的角。
這一點不難理解，這個現象已經被科學家發現了近300年了。
由於太陽不斷向外發射著光子，地球也就時刻接受著陽光的擊打。而地球在圍繞太陽運動，因此，地球是迎著太陽光的擊打運動的。光子雖然沒有靜止質量，但運動的光子對物體還是會產生一種力的作用，這種作用叫光壓。太陽產生的光壓方向並不是在地球的正側面，而是在地球的側前方。就像我們在沒有風的雨地里跑，雨是從側前方打到我們身上一樣。太陽光子從側前方朝地球打來，這就對地球有一個向外和向後的壓力，但小小的光子相對於地球來說太渺小了，光壓作用幾乎可以忽略，因此對地球的運動沒有產生什麼明顯的影響。
但是，圍繞著太陽旋轉的小塵埃就不一樣了，側前方的光子擊打在塵埃上，也是會產生向外和向後的壓力，這向後的壓力對塵埃的運動就是一種阻力，會導致塵埃的旋轉速度越來越慢。而雖然有一個向外的光壓，但相對於引力來說就太小了，因此在太陽的引力下，小塵埃就會慢慢地落向太陽。
>>>> 地球迎著引力嗎
現在我們回過頭來說一說引力。
太陽在空間中的位置變動了，那麼它發出引力的位置也就變了，這種變化如何傳達給地球呢?愛因斯坦認為引力場的變化會通過引力波向外傳播，量子理論認為是通過引力子傳遞給地球。無論是引力子還是引力波，其傳播速度都被認為是光速。
如果引力的傳播是光速，那麼與光子的傳播是同樣的道理，太陽同時發出的光子和引力波，在8.3分鐘以後同時到達地球。但是引力體現的是一種吸引力，與光壓方向正好相反。前面已經說了，光壓是在地球側前方阻礙地球向前運動，那麼引力就是在地球側前方拉地球向前運動，就是說，太陽的引力會拉動天體的運動!
但是，引力要遠遠大於光壓，這樣說來，那些圍繞太陽旋轉的塵埃顆粒的速度會越來越快，就會越來越遠離太陽!同樣，地球也會體現出公轉速度越來越快，越來越遠離太陽的情況。想像下去，最終太陽系的所有天體都會逐漸遠離太陽!同樣的道理，宇宙中的所有圍繞其它天體旋轉的星球也都會相互遠離!
但這種情況並沒有發生，太陽系現在還是安穩的太陽系，宇宙現在也還是平穩的宇宙。
這說明了什麼?這說明了「如果引力的速度是光速」的假設是不成立的!科學家估計，引力的速度至少超過光速1億倍!
>>>> 引力方向說明了什麼
也許有人會說，有可能引力的速度就是光速，只是還存在我們不了解的某種因素，這種因素正好能夠抵消引力對天體的拉力。
這完全是有可能的，畢竟我們對宇宙的了解還很少。
那麼我們就換一種探測方法，既然引力對物體速度的影響有可能被某種因素抵消掉，但引力的方向總不可能被抵消吧，那麼我們就可以通過探測地球受到太陽的引力方向來推測引力的傳播速度。
與上述光的傳播同樣道理，如果我們測出地球受到的引力方向是指向視覺太陽的，那麼我們就只能說引力的速度與光速相當，如果是指向實際太陽的，那麼我們就可以判斷引力的速度遠遠大於光速……
可是如何精準探測地球受到太陽引力的方向呢?物理上，探測物體受力方向一般是測量其加速度方向，而探測加速度方向，可以通過極短時間內物體位置的變動來探測。
而極短時間內地球位置的變動又如何探測呢?極短時間可以測得，但在茫茫太空中地球位置的變動又如何探測呢?太空中可沒有一個固定的目標可以讓你做參考。於是我們可以想個辦法：宇宙中有一種天體叫脈衝星，它的自轉極快，自轉一圈一般是0.01秒到數秒不等，並且它的兩個磁極會噴射兩道光束，這兩道光束像探照燈一樣定時在宇宙空間中掃來掃去，有的脈衝星的光束也會掃射到地球上來。由於同一個脈衝星自轉周期是長期不變的，所以通過脈衝星掃過地球的周期變化，我們就可以知道地球在宇宙空間中的位置變化。因為地球位置變動了，脈衝星掃過來的時間間隔就會發生微小的變化，或者增長，或者縮短。就像海邊的燈塔一樣，船如果順著燈塔轉的方向前進，由於船往前開了一段路，所以燈塔每轉一圈，燈光射到船上的時間就要晚一些，長一些;反之，如果迎著燈塔前進，燈光射到船上的時間就要早一些，短一些。根據這個原理，我們就可以計算出不到1秒的時間內地球位置的變動，再進而計算出地球運動的加速度方向。
出乎意料的是，科學家無論採用哪個脈衝星計算，得出的結果都是：地球受到太陽的引力方向是指向實際太陽的!這就等於說，地球與太陽之間的引力傳遞幾乎是瞬間的!
其實天文學家在利用牛頓定律計算星球之間的引力時，不論兩個星球之間的距離有多遠，都無視引力的速度問題，把引力的傳遞當成瞬間的。這樣做也從來沒有出過問題。
>>>> 日食為何總是超前
如果還有人懷疑利用脈衝星計算地球受力方向的準確性的話，我們還可以根據一種常見的天文現象來形象地解釋。
我們知道，日食是地球、月亮和太陽三者正好在一條直線上的時候，月亮遮住了太陽光而形成的天文現象。但你知道不知道，日食發生時，地球、月亮和太陽實際上並不是在一條直線上，而是比地、月、日實際連成一線的時間提前將近40秒的樣子!這是怎麼回事呢?
原來由於地球順著自轉方向繞太陽公轉，月亮順著地球自轉的方向繞地球公轉，所以在地球上看起來，月亮和太陽的運動方向相同。月亮大約29.5天繞地球一圈，在這期間月亮會從地球和太陽之間穿過，有時就會造成日食。日食發生時，從地球上看，就是月亮追上太陽，並把它遮住，然後超過它。雖然月亮距離我們要比太陽近多了，是日地距離的1/400，月亮上的信息傳遞過來需要1.2秒多一點的時間。如果把這個時間忽略的話，在地球上看日食發生的過程是：月亮沿著太陽運動的方向移動，首先遮住的是8.3分鐘以前太陽發出的光，於是日食就發生了，但這時實際太陽早就向前移動了，月亮並沒有遮住它。經過大約40秒的時間，月亮就會追上太陽並遮住它，這時，月亮、地球和太陽才真正在一條線上。
現在我們再研究一下日食發生的過程中的引力問題。在日食發生時，地球受到太陽和月亮的引力方向連成一線，它們對地球的潮汐作用會疊加，達到最大。但是，每次發生日食時，我們測量潮汐作用引力最大的時間，並不是日食發生的時間，而是退後大約40秒，與地、月、日實際連成一線的時間幾乎同時。如果引力的傳播速度是光速，那麼地球上潮汐最強的時刻應該會提前40秒才對，但實際情況卻不是這樣。這說明，光的傳播需要時間，而引力的傳播卻幾乎不需要時間!
>>>> 引力如何逃出黑洞
還有，黑洞對引力的速度是光速也提出了異議。黑洞是大質量恆星晚年超新星爆炸後形成的，黑洞一形成，極大的引力連光速運動的光子都無法逃出，這是大家都知道的。雖然黑洞讓光子都無法逃出，但引力卻依然存在，那麼引力波或引力子是如何逃出黑洞，影響遠處的天體的呢?可能的解釋就是：要麼引力的速度遠超過光速，要麼引力的傳播不是靠引力波或引力子。
對此，黑洞專家是這樣解釋的，黑洞周圍的引力場在黑洞形成之前的瞬間就凍結了，因此引力場不受黑洞的影響，仍然會對遠處的天體產生引力作用。但是，既然黑洞的引力場已經凍結了，如果兩個黑洞相互繞轉會出現什麼情況呢?如果碰撞在一起呢?顯然兩個黑洞的引力場是不斷變化的，一個凍結的引力場如何解釋兩個黑洞相互繞轉的情況呢?
>>>> 引力的本質到底是什麼
這些問題都說明我們不能強制地給引力賦予光速這麼小的速度，這也說明引力的本質很可能是現在的理論都還沒有說清的秘密。我刊2011年01期《宇宙其實沒引力》曾根據現在科學家的研究對引力的本質進行了深入探討，認為引力很可能不是一種單獨的力，而是其它相互作用的一種表現，例如是物質分子運動的一種體現。如果引力是在物質密布的空間中通過分子之間的影響來起作用的話，那麼引力的傳遞好像是瞬間的就容易理解了，因為分子之間的距離是非常短的，力的傳遞幾乎不需要時間。
也可能引力的傳遞可以類比電流：感覺上電流的傳播幾乎是瞬間的，這裡一開電閘，遠處的燈泡馬上就亮了。但實際上並不是電閘這裡的電子順著電線跑到遠處的燈泡上把燈泡點亮的，因為單個電子在導線中運動的速度只有每秒幾毫米到幾米的樣子，但是電場的傳播是每秒30萬千米。電流的傳播是電場的傳播，電閘一開，電場讓電路中的所有電子接到了馬上運動的命令，從而線路上馬上就有了電流。這裡，電場的傳播速度與電子的運動速度差了至少上億倍!
很可能引力子或引力波的運動速度與引力場的傳播速度也不同，也相差至少上億倍，如果引力子或引力波的運動速度是光速，那麼引力場的傳播速度就是光速的上億倍!
但是還有一個問題，那就是天體牽動周圍物質的運動，也需要超光速才行，這種表現就像我刊2006年01期《幻覺宇宙》描述的那樣，宇宙在大範圍中很可能就像大塊頭的生命一樣，一舉手一投足的幾秒內都牽扯多少光年的距離!
如果這樣認為，上面的不解之謎就都能解開了。但如果是這樣，引力的本質又是什麼呢?
>>>> 輕鬆探測引力波
愛因斯坦的廣義相對論預言，天體在做變速運動時會發射引力波，比如兩顆恆星彼此繞著對方轉時，就會以輻射引力波的形式損失能量。因為在廣義相對論中，引力被解釋成空間的彎曲，所以引力波就是空間本身的波動。但這種波動是非常小的，傳播到地球上那就更微乎其微了。這就是我們一直沒有直接探測到引力波的原因。
在地球上，倘若要直接探測引力波，需要藉助非常精密的儀器。比如建於德國的一架引力波探測器，其精度達到這樣的程度，哪怕從地球到太陽這麼長的距離之內發生僅相當於一個原子長度的變化，也能探測到。
>>>> 由此可見，探測引力波非藉助高科技不可!
不過，且慢!要直接探測引力波，無疑要藉助高科技，那麼間接地探測引力波引起的效應呢?其實我們只要擁有一架光學望遠鏡和一塊秒錶即可。
美國得克薩斯大學的一位天文學家用手頭的這兩樣東西最近就做到了這一點。他觀測的是由一對白矮星組成的雙星系統，叫Jo651，其公轉周期是12.75秒。他發現，它們現在的公轉周期比一年前快了1/4微秒。他把這歸因於白矮星輻射引力波，損失了能量，導致距離縮短，速度加快。
你或許會說，我手頭的秒錶可沒法測1/4微秒這麼短的時間呀。不要緊，這個微小變化會不斷積累，直到可以讓你的秒錶也能測量。比如，下一次星食(即在我們的視線範圍內，兩顆白矮星中一顆擋住另一顆)時，星食持續的時間比起假設它們從未輻射引力波，將縮短大約6秒鐘。
其實用類似的辦法，早在上個世紀60年代，天文學家就已經間接探測到了引力波。不過當時他們觀測的是脈衝星，而觀測脈衝星需要藉助射電望遠鏡，這可不是我們一般人能做到的。
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