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“这就是为什么重力的速度必需等于光速的原因”

发布日期:2021-05-18 14:45:01 浏览:

如果太阳自发停止光线,大约8分20秒我们就不知道了。 现在,到达地球的光在过去有限的时间内从太阳光层发出,但现在只有越过1.5亿公里( 9,300万英里)的距离才能看到来自地球的太阳。 如果太阳快黑了,我们必须等光停不下来再发现。

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但万有引力呢? 如果太阳自发地(以某种方式)离开存在,在直线飞行之前地球会在椭圆轨道停留多久? 信不信由你。 对于这个问题,答案必须和光完全一样。 8分20秒。 不仅要注意重力的速度和光速非常准确的程度,这两个常数在理论上必须完全相等。 不这样做的话,广义相对论就会崩溃。 这就是背后的原因。

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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,空之间的任意两个物体之间的重力只由四个参数定义。

请注意,这些是牛顿重力中唯一允许的四个参数。 根据该力的定律执行各种计算,可以获得例如包围太阳的椭圆形行星轨道。 但是,这些方程式只在重力为瞬间时有效。

这个可能会让你为难。 毕竟,如果重力的速度不等于光速而不是无限大的力,那么地球就应该被吸引到太阳现在的地方,而不是8分20秒前太阳所在的地方。 但是,如果不进行这个计算,而是把地球吸引到太阳过去的位置而不是现在的位置,就会得到关于轨道的预测。 这是非常错误的,牛顿本人可以将其质量观测排除在距今不到100年(到第谷布拉格时代)的时间里。

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事实上,要利用牛顿定律计算行星轨道,使之与现代观测一致,重力不仅要比光速快,还必须至少有200亿个以上的高速。 无法与无限的速度区分开来。

问题是,地球等绑定粒子受到太阳的吸引,但如果以有限的速度绕太阳移动(迂回或传递),则只能获得纯粹的力。 椭圆轨道,如果其力的传递速度是无限的。 如果受到限制,则不仅会获得半径方向的加速度(朝向其他质量),还会获得使粒子在切线方向上加速的分量。

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这不仅会使轨道呈椭圆形,还会使轨道不稳定。 仅仅一个世纪的规模,轨道就会发生巨大的变化。 到1805年,拉普拉斯利用月球的观测表明牛顿重力的速度必须在光速的700万倍以上。 现在,现代的限制是光速的200亿倍,对牛顿非常有用。 但是,所有这些都给爱因斯坦带来了沉重的负担。

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根据爱因斯坦的见解,牛顿引力定律在概念上有很大的问题。 两个物体之间的距离不是绝对量,而是取决于注意者的运动。 朝向或远离绘制的假想线移动时,该方向的距离会根据相对速度而缩小。 为了使重力达到可计算的量,所有的注意者必须得到一致的结果。 这是不能通过结合相对论和牛顿引力定律得到的。

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因此,根据爱因斯坦的见解,必须迅速发展重力和相对论运动相结合的理论。 换言之,需要迅速发展广义相对论。 是联系引力的相对论。 完成后,广义相对论讲述了一个完全不同的故事。

不同的注意者要就万有引力的作用方式达成一致,绝对空之间不可以存在绝对时间和无限传递的信号。 相反,空之间和时间对于不同的注意者来说必须是相对的,同时信号只能以与光速完全相同的速度传输(传输的粒子没有质量时),或者只能以吹光速的速度传输(粒子具有质量时)。

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但是,为了应对这个问题,需要为了解决有限重力引起的切线加速度的非零问题而追加的作用。 广义相对论也具有速度相关的相互作用这一事实几乎完全抵消了这一现象,即重力应变。 例如,地球在太空上移动时,感觉到来自太阳的力随着位置的变化而变化。 这就像在海洋航行的船上升,再次下降到另一个位置时下降到另一个位置。

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值得观察的是,虽然并不明显,但这两种效果几乎完全抵消了。 虽然引力像差是有限的事实,但广义相对论(不同于牛顿的引力)具有依赖于速度的相互作用,从而使牛顿的引力如此近似。 重力等于光速时,只有一个速度才能改善这种抵消效果。

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所以重力等于光速的理论动机。 如果行星轨道希望与我们看到的一致,与所有注意者一致,那么就需要与c相等的重力速度,理论相对不变。 但是,还有一个警告。 在广义相对论中,重力像差和速度相关项的抵消基本正确,但并不完全相同。 只有正确的系统才能弄清爱因斯坦和牛顿的预测差异。

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在我们附近,太阳的引力太弱,得不到可测量的效果。 在距巨大源的距离小的情况下具有大的重力场,在具有大梯度的重力场中,希望移动物体的速度迅速地变化(加速)的系统。

虽然我们的太阳不给我们,但是双星黑洞和双星中子星周围的环境很好! 理想情况下,拥有质量较大的物体,根据变化的重力场以变化的速度运动的系统会表现出这种效果。 2星中子星系统,其中一颗是非常精确的脉冲星,完全符合这个要求。

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脉冲星,特别是毫秒脉冲星,是宇宙中最好的自然时钟。 中子星旋转时会发出电磁辐射喷流,每旋转360度就有可能与地球视线吻合。 如果定位正确,我们会注意到这些脉冲会以非常可预测的精度和精度到达。

但是,如果脉冲星在双星系统中,在不断变化的重力场中移动就会发生引力波的发射,引力波会使能量远离引力系统。 能量损失必须来自某个地方,通过脉冲星轨道的衰减来补偿。 崩溃的预测对重力速度非常敏感。 psr 1913 + 16即使采用自己发现的第一个二进制脉冲星系统(或hulse-taylor二进制),也可以将重力的速度限制在光速的0.2%以内。

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从此,其他测量也显示出光速和重力速度的等价性。 2002年,偶然的巧合对准了地球、木星和非常强大的电波恒星(称为qso j0842 + 1835 )全部。 木星通过地球和恒星之间时,由于木星的重力,星光会以与重力速度有关的方式弯曲。

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事实上,木星确实弯曲了恒星发出的光,排除了重力的无限速度,明确了实际上是每秒2.55亿米到3.81亿米之间和光速( 299,792,458米/ s )和爱因斯坦的预测。 即使在最近,引力波的最初观测也给我们带来了更严格的制约。

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根据检测到的最初引力波以及到达华盛顿州汉福德市和路易斯安那州利文斯顿市的到达时间的不同,直接发现引力速度为光速的70%左右,受脉冲星时间的限制。 但是,在看到中子星和中子星合并产生的引力波和光到达时,在超过1亿光年的旅途中,伽马射线信号只在引力波信号1.7秒后出现,由此显示出了这种光的速度和重力的速度少于1份的数千亿差异: 1015。

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除非引力波和光子有静止质量,否则物理学定律规定它们必须以完全相同的速度移动。 光速必须与重力相同。 甚至在约束变得如此壮观之前,就需要重力理论再现牛顿轨道,在相对论不变的情况下得出这个必然的结论。 重力的速度正好是光速,物理学不允许使用其他方法。

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宇宙的重力常数g对谁都一样。

第一个物体的质量m能承受重力。 (根据爱因斯坦的等效原理,这与运动定律的m相同,例如f= ma。 )

第二个物体的质量m吸引第一个物体。

它们之间的距离r从第一个对象的质心延伸到第二个对象的质心。

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