这就是为什么重力的速度必须等于光速

时空中的涟漪就是引力波，它们以光速向各个方向穿过空间。虽然电磁学常数从未出现在爱因斯坦的广义相对论方程中，但引力的速度无疑等于光速。原因如下。

如果太阳自动停止发射光，我们大概8分20秒都不会知道。就在这个时刻，到达地球的光是从太阳的光圈中发射出来的，在过去的一段时间里，只有在穿越1亿5千万公里(9300万英里)将太阳和地球分开的旅程之后才被看到。如果太阳现在就变暗了，我们要等到光线停止时才会发现。

但是重力方面呢？如果太阳被自发地(以某种方式)从存在中移走，那么地球在直线飞行之前，会在它的椭圆轨道上停留多长时间？信不信由你，这个问题的答案必须和光一样的时间：8分20秒。在观测上，引力的速度不仅等于光速，而且这两个常数在理论上必须完全相等，否则广义相对论就会崩溃。这是原因背后的科学。

牛顿的万有引力定律已经被爱因斯坦的广义相对论所取代，但它依赖于瞬间作用(力)的概念，而且非常简单。这个方程中的引力常数，G，以及两个质量的值和它们之间的距离，是决定引力的唯一因素。G也出现在爱因斯坦的理论中。(维基媒体共用用户DennisNilsson)

在广义相对论出现之前，我们最成功的引力理论是牛顿的万有引力定律。根据牛顿的说法，空间中任意两个物体之间的引力仅由四个参数定义：

1. 宇宙的引力常数，G对每个人来说都是一样的。
2. 第一个物体的质量，m它经历了引力。(根据爱因斯坦的等价原理，这是一样的m进入运动规律，就像F =ma.)
3. 第二个物体的质量，M吸引第一个物体。
4. 他们之间的距离，r，从第一个物体的质量中心延伸到第二个物体的质量中心。

记住，这是牛顿引力中唯一允许的四个参数。你可以从这个力定律中进行各种计算，得到，例如，围绕太阳的椭圆行星轨道。但是，这些方程只有在万有引力是瞬时的情况下才有效。

这八颗主要行星的轨道因偏心而异，与太阳的近日点(最近接近)和顶点(最远距离)之间的差别也是不同的。没有什么根本原因可以解释为什么有些行星比另一些行星更偏心；这只是太阳系形成的初始条件的结果。然而，如果你以某种方式关闭太阳的引力效应，行星就不会瞬间飞走，而是内部行星首先飞走，然后是外部行星，因为来自太阳的引力信号只能以重力的速度向外传播，而引力信号应该与光速相等。(NASA/JPL-Caltech/R.Hit)

这可能会让你有点困惑。毕竟，如果引力的速度仅仅等于光速，而不是无穷快的力，那么地球就应该被吸引到太阳8分20秒前的位置，而不是此时太阳所处的位置。但是如果你做这个计算，让地球被太阳的过去位置而不是现在的位置所吸引，你就会得到一个关于太阳轨道的预测，这是完全错误的，以至于牛顿自己的高质量观测可以追溯到100年前(泰乔·布拉赫时期)，可能已经排除了这个可能性。

事实上，如果你用牛顿定律来计算行星的轨道，并要求它们与现代观测相匹配，那么不仅引力的速度必须比光速更快，而且它必须是至少快200亿倍：：无法与无限速度区分开来。

行星如何绕太阳运行的精确模型，然后太阳以不同的运动方向穿过星系。如果太阳只是眨眼就不存在，牛顿的理论预测，它们都会立即直线飞行，而爱因斯坦则预测，内行星将比外行星继续运行更短的时间。(里斯·泰勒)

问题是：如果你有一个中心力，一个像(例如)地球这样的束缚粒子被太阳吸引，但以有限的速度围绕太阳(轨道或传播)运动，那么只有当该力的传播速度是无限的时，你才能得到一个纯粹的椭圆轨道。如果它是有限的，那么你不仅得到一个径向加速度(向另一个质量)，你还得到一个分量，加速你的粒子切切。

这将使轨道不仅椭圆，而且不稳定。在仅仅一个世纪的规模内，轨道将发生重大变化。到1805年，拉普拉斯已经利用对月球的观测来证明牛顿引力的速度必须比光速高出700万倍。现代限制现在是光速的200亿倍，这对牛顿来说是很大的。但所有这些都给爱因斯坦带来了很大的负担。

相对论运动的一个革命性的方面，由爱因斯坦提出，但以前由洛伦茨，菲茨杰拉德和其他人建立，快速移动的物体似乎在空间中收缩并在时间上膨胀。相对于处于休息状态的人，你移动得越快，你的长度就会越长，而对外界来说，时间似乎就越长。这幅关于相对论力学的图片，取代了经典力学的牛顿旧观点，但也对非相对论不变的理论带来了巨大的影响，比如牛顿引力。

爱因斯坦认为，在概念上，牛顿引力定律存在一个大问题：任何两个物体之间的距离不是绝对量，而是取决于观察者的运动。如果你正在向或远离你画的任何一条假想的线，那么这个方向上的距离就会收缩，这取决于你的相对速度。如果引力是一个可计算的量，所有的观察者都必须得到一致的结果，这是你不能通过把相对论和牛顿引力定律结合起来得到的。

因此，根据爱因斯坦的说法，你必须发展一种将引力和相对论运动结合在一起的理论，这意味着发展广义相对论：一种将引力纳入其中的相对论运动理论。一旦完成，广义相对论讲述了一个截然不同的故事。

从动画的角度来观察时空在质量上的反应，可以准确地展示它不仅仅是一张布料，而且所有的空间本身都会因为宇宙中物质和能量的存在和特性而变得弯曲。请注意，只有当我们不仅包括质量物体的位置，而且包括该质量在整个时间中所处的位置时，才能描述时空。瞬时位置和该物体所在位置的过去历史都决定了通过宇宙移动的物体所经历的力。(LUCASVB)

为了让不同的观察者就引力的工作方式达成一致，不可能有绝对空间、绝对时间或以无限速度传播的信号。相反，对于不同的观察者，空间和时间必须是相对的，信号只能以完全相等于光速的速度传播(如果传播的粒子是无质量的)，或者以吹散光速的速度传播(如果粒子有质量的话)。

为了解决这个问题，必须有一个附加的效应来抵消由有限的重力速度引起的非零切向加速度的问题。这一现象，被称为引力像差，几乎完全被广义相对论与速度相关的相互作用所抵消。例如，当地球在太空中移动时，它感觉到来自太阳的力随着其位置的改变而变化，就像一艘船在海洋中航行时会以另一种不同的姿势降落，因为它会被一个经过的波浪升空并再次降下。

当一个质量绕另一个质量轨道运行时，引力辐射就会被发射出来，这意味着在足够长的时间范围内，轨道会衰变。在第一个黑洞蒸发之前，地球将螺旋地进入太阳的任何剩余部分，假设此前没有任何其他黑洞将其抛出。地球被太阳大约8分钟前的位置所吸引，而不是被今天的地方所吸引。(美国物质社会)

值得注意的是，这两种效果几乎完全被抵消了，这一点一点也不明显。引力的速度是有限的，这是引力畸变的原因，但是广义相对论(不像牛顿引力)有速度相关的相互作用，这使得牛顿引力成为了一个很好的近似。只有一种速度能使这种抵消成为一个好的速度：如果重力的速度等于光速的话。

这就是为什么引力的速度应该等于光速的理论动机。如果你想要行星轨道与我们所看到的保持一致，并且对所有的观测者来说都是一致的，那么你就需要一个等于地球引力的速度。c，让你的理论是相对论性不变的。不过，还有另外一个警告。在广义相对论中，引力像差和速度相关项之间的对消几乎是精确的，但不是完全正确的。只有正确的系统才能揭示爱因斯坦和牛顿预言之间的区别。

当质量通过弯曲空间区域时，由于它所处的弯曲空间，它将经历加速。它还经历了一个额外的影响，因为它的速度，因为它通过一个区域的空间曲率不断变化。这两种效应加在一起，与牛顿引力的预测有很小的差别。(大卫·普朗克射电天文学研究所冠军)

在我们自己的邻居里，太阳的引力太弱，无法产生可测量的效果。你想要的是一个系统，在离一个巨大的源距离很小的地方有一个很大的引力场，在一个大梯度的引力场中，运动物体的速度是快速变化的(加速)。

我们的太阳并没有给我们这样的结果，但是无论是双星黑洞还是双星中子星周围的环境都是如此！理想情况下，当一个物体通过不断变化的引力场以不断变化的速度运动时，系统就会显示出这种效果。一个双星中子星系统，其中一个中子星是一个非常精确的脉冲星，正好符合这个标准。

当你有一个物体，像脉冲星，在太空中运行时，它每次完成360度旋转到一个偶然排列的观测者时，它都会脉冲。如果你把脉冲星放在另一个密度大的物体的双星系统中，它就会在这个空间中快速移动，显示出引力像差和速度相关相互作用的影响，它们的不精确消除使得科学家能够从牛顿系统中分辨出这个系统的相对论性预测。(ESO/L.CAL ADA)

脉冲星，特别是毫秒脉冲星，是宇宙中最好的自然时钟。当中子星自旋时，它发射出一股电磁辐射，每360度旋转一次，就有机会与地球的角度保持一致。如果对准正确，我们将观察到这些脉冲以非常可预测的精度和精度到达。

然而，如果脉冲星是一个双星系统，那么在这个变化的引力场中移动会引起引力波的发射，引力波将能量从引力系统中转移出去。能量的损失必须来自某个地方，并由脉冲星轨道的衰变来补偿。脉冲星衰变的预测对重力的速度非常敏感；甚至使用它自己发现的第一个双星脉冲星系统，PSR 1913+16(或Hulse-Taylor二元)，允许我们将重力的速度限制为等于光速到内部的速度。只有0.2%!

双星脉冲星的轨道衰减率在很大程度上取决于引力速度和双星系统的轨道参数。我们使用双星脉冲星数据将引力速度限制为等于光速99.8%，并在LIGO和Virgo探测引力波之前几十年推断出引力波的存在。然而，引力波的直接探测是科学过程中至关重要的一部分，没有引力波，引力波的存在仍将受到怀疑。(NASA(L)、Max Planck射电天文学研究所/Michael Kramer(注册商标))

从那时起，其他测量也证明了光速和引力速度之间的等价性。2002年，偶然的巧合导致了地球、木星和一颗非常强大的类星体(称为QSO J 0842+1835)所有对齐。当木星经过地球和类星体之间时，它的引力效应导致星光以重力速度依赖的方式弯曲。

事实上，木星，使类星体的光弯曲使我们能够排除万有引力速度的无限速度，并确定它实际上是每秒2.55亿到3.81亿米，与光速的精确值一致(299，792，458米/秒)和爱因斯坦的预测。最近，引力波的第一次观测给我们带来了更严格的约束。

一个快速伽马射线爆发的例子，长期以来被认为是由中子星的合并而产生的。环绕在它们周围的富含气体的环境可能延迟信号的到达，从而解释了观测到的引力和电磁信号到达之间的1.7秒差异。这是我们观察到的最好的证据，引力的速度必须与光速相等。(ESO)

从第一次探测到的引力波及其到达汉福德、瓦和利文斯顿的时间上的差异，我们直接了解到重力的速度。光速等于70%，这并不是脉冲星时间限制的改进。但是当2017年看到中子星和中子星合并产生的引力波和光的到来时，伽马射线信号在引力波信号经过1亿光年的旅程后仅1.7秒的事实告诉我们：光的速度和重力的速度相差不超过千兆分之一。: 10^15.

只要引力波和光子没有静止质量，物理定律就规定它们必须以完全相同的速度运动：光速，光速必须等于重力的速度。甚至在约束变得如此壮观之前，要求引力理论再现牛顿轨道，同时又保持相对论性不变，就得出了这一不可避免的结论。引力的速度和光速完全一样，物理学不会让它成为任何其他的方式。