引力的速度是多少？

02-12

題主別一遇到問題就發帖，你真的想去解決問題了嗎？

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作者：著微

鏈接：引力的傳播速度是光速嗎？ - 知乎用戶的回答

來源：知乎

個問題很有趣也很基本。可簡單回答：在弱場背景下的引力波是按光速傳播的。

【一】

「弱場」，即場強很弱的場。

比如太陽系的引力場就是弱場，因為引力很弱；黑洞周圍的引力場就是強場，因為引力很強。於是太陽系裡引力的傳播，就被稱為弱場背景下的傳播。而黑洞周圍引力的傳播，就不適用弱場的分析。

（關於引力場，或者更一般地相互作用為何用「場」來描述，可參考這個回答：如何讓普通人理解物理學中「場」的本質？）

【二】

牛頓的萬有引力公式不顯含時間，所以牛頓引力是瞬間完成的，是一種「超距作用」。對此牛頓無法解釋，故他從未對引力的起因提出過任何假設。

在這一點上，萬有引力定律和靜電場的庫侖定律很相似，都是表明一個「源」怎樣產生一個「場」。給定一個「源」——質量或者電荷，就在周圍的空間瞬間產生一個場——牛頓引力場或者靜電場。而一旦「源」消失，周圍的場也瞬間消失。牛頓引力場和靜電場都不能脫離源而存在。

在麥克斯韋之前，人們並不知道電場或者磁場是如何傳播的。但庫侖定律並不是電磁場的全部。於是等到麥克斯韋將庫侖定律（對應高斯定律）、法拉第電磁感應定律、推廣的安培定律等結合起來，得到了一個波動方程，人們才知道，電場和磁場都是以「波」的形式傳播的，而且速度就是光速；最重要的是，電磁波可以脫離「源」而存在，而自由傳播。

【三】

同樣的事情發生在引力身上。

牛頓引力是關於「引力勢」——一個標量場——的理論。而就像靜電勢是一個標量場，卻不是電磁場的全部一樣，標量的牛頓引力勢也不是引力場的全部。

這一點直到牛頓之後三百年，才被愛因斯坦發現。

在愛因斯坦的廣義相對論中，引力被一個張量場描述。一個物理的引力場有六個自由度：兩個標量自由度，兩個矢量自由度，兩個張量自由度。而牛頓引力勢，只相當於兩個標量自由度中的一個。

更細緻的研究發現，在這六個自由度中，只有兩個張量自由度才能自由傳播——即滿足無源的波動方程，且傳播速度在弱場背景下正是光速。這兩個張量自由度被稱為「引力波」。而另外的標量、矢量自由度，不能脫離「源」而存在。這裡的「源」，可以是「質量」，也可是張量自由度即引力波本身。

在真空中（比如地球太陽之間可近似為真空）不可能有產生引力場的「源」。於是在這其中唯一可以傳播的，只有引力波。打個比方，引力波是汽車，真正在跑的只有引力波，而標量（牛頓引力勢）、矢量自由度都是坐在引力波這個汽車上跟著動。

【四】

回到引力如何傳播的問題。

以地球如何感受太陽引力為例。一個更確切的圖像是：太陽產生引力波，以光速傳播到地球所在的位置；引力波傳播的同時，也攜帶的另外四個自由度一起傳播；最終在地球所在的位置產生完整的引力場（六個自由度），然後地球感受到這個引力場——當然，也包括牛頓引力勢。

所以，即便太陽有一天突然消失了，我們也只是在8分鐘後才看到天黑了；同樣，在8分鐘後才感覺地球突然被甩了出去。

麥克斯韋在1865年得到電磁波動方程，12年後赫茲證實電磁波的存在。遺憾的是，廣義相對論誕生100年之後的今天，仍然沒有直接探測到引力波。

目前測量引力傳播速度的實驗，通常是觀測太陽、地球、月亮系統的重力變化，實際上只是觀測牛頓引力勢的作用時間。當然，因為牛頓引力勢總是坐在在引力波這輛跑車上，所以也算是間接測量了引力真正的傳播速度。

最後：最新的測定引力傳播速度是光速的實驗，是中國科學家作出的：

Observational evidences for the speed of the gravity based on the Earth tide

能先給我解釋一下，什麼叫引力的速度嗎？然後，再來討論。

引力傳播速度並不是永遠等於光速這是基於弱場的背景下只能說引力傳播速度小於等於光速知乎上我記得有詳細介紹的

書上說是光速

引力傳播的速度是光速