引力波的速度是多少?

与引力的大小有关么?

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章鱼喵.时见疏星理论物理专业,西夏文爱好者

2013-03-28 12:09

引力波的传播速度是光速。

一般的书中只是证明比较弱的引力波的传播速度是光速。对于比较剧烈的引力波,就不提了。

先说说这个弱引力场情况下的问题。我们讲引力波的传播,是引力场变化的传播。

对于比较弱的引力场的传播速度,在 Einstein 的广义相对论里面是可以严格证明是跟光速相同的。因为我们有弱的引力波的方程,并且可以解析的把方程解出来。
当然了,这只是数学。物理上讲,为什么会跟光一样,可以对比一下电磁波(光波)和引力波。电荷是光波的源,质量是引力场的源;电荷的电场强度是跟距离的平方反比,引力在弱场下面,也可以近似的看成跟距离的平方反比(牛顿万有引力定律);电磁相互转换,引力极化也可以有类似的“磁”分量;等等。其实我是想说,比较弱的引力本来跟电磁波很像,所以弱的引力波跟光波传播速度一样倒也不稀奇。


关于引力传播速度的观测,维基百科有比较详细的介绍。[2] 另外,有篇论文来论证那些声称引力波传播远远高于光速的情况是不对的。[1]


我个人的理解是,实际上强场的情况下,我们一般是没法定义引力波的。因为场方程里面的能动张量包括了整个体系所有的能量和动量,这样的话,一般的情况,是没法分离出好的局域的能量的表达式的。没法给出能量,这就没法解释波动方程嘛,我们原来是期望能从波动方程里面看出能量流的。
所以说,一般情况下,是没法定义出引力波的。这样对于引力的传播这个问题,就没法理解了。这就变成了一个没有答案的很前沿的问题。


但是呢,在梁灿斌的书中提到的一种方法可以证明对于最一般的真空 Einstein 方程,我们可以求得平面波解,而且从很多方面来说,这个解就是引力波,更加令人惊奇的是,这个解所代表的引力波的传播速度是光速。
这部分比较复杂,我不是很懂。只是说真空 Einstein 方程确实有一个这样简洁的平面引力波的解。
不过就此而言,可以断定引力波的传播速度是光速是有严格证明的。


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[1] http://arxiv.org/abs/1002.2591
[2] http://en.wikipedia.org/wiki/Speed_of_gravity
[3] 这里其实跟引力的绝对强弱应该也有关系。

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支持者: 我爱过果壳 水茄

去年底的一则新闻,中科院研究院汤克云团队测定引力场以光速传播,http://www.cas.cn/xw/cmsm/201212/t20121228_3729584.shtml

【新华社】我国科学家首次以观测证据证明“引力场以光速传播”
文章来源:新华社 吴晶晶 朱基钗 发布时间:2012-12-27

引力有速度吗?对于这个命题,包括牛顿、爱因斯坦等很多科学家看法不一。

中国科学院地质与地球物理研究所日前宣布,由该所研究员汤克云领导、中国地震局和中国科学院大学研究人员参加的团队,经过十多年持续探索,首次通过观测证据证明引力场以光速传播。

专家介绍,在牛顿万有引力定律中,引力场的传播不需要时间。爱因斯坦从相对论的角度提出了质疑。一直以来,物理学界都期待通过实验或观测获得引力场传播的速度,但此前均未找到正确的实验或观测方法。

据介绍,汤克云团队先后实施了1997年漠河、2001年赞比亚等6次日食观测。在分析2009年上海-杭州-湖州日全食期间的固体潮观测数据过程中,汤克云发现现今固体潮理论公式中隐含着引力场以光速传播的假定,进而导出引力传播速度方程,找到了求解引力场速度的有效方法。研究人员随后选择了远离太平洋、大西洋、印度洋和北冰洋的西藏狮泉河站和新疆乌什站的固体潮数据并作校正,将其代入引力传播速度方程,获得了引力场以光速传播的第一个观测证据。

“这项原创成果是中国科学家在引力物理研究领域的重要突破。”中科院院士滕文吉说。

该成果英文版已发表在著名科技出版集团德国施普林格官方网站上,中英文纸质版即将发表于明年1月的《科学通报》。该研究曾得到科技部、自然科学基金会、中科院、中国地震局的支持。

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应该是先找到引力波然后讨论此问题。

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