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天文在线 荡起的引力波，究竟跑得有多快呢？，时空扰动

引力波传播的速度有多快？
天文在线 荡起的引力波，究竟跑得有多快呢？，时空扰动
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[引力波]是时空的扰动 ， 它以c点运动 。 然而 ， 时空可以比c点更快地膨胀和收缩 ， 压缩后的膨胀基本上就是压缩波的定义 ， 这似乎产生了一个悖论:引力波在c点传播 ， 但似乎有一种方法可以使它们达到超光速 ， 如何解决这个明显的悖论 。
首先 ， 让我们从辐射的概念(以及它是如何产生的)开始 。
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图片来源:美国国家航空航天局和哈勃传统团队(太空望远镜科学研究院所/大学天文研究协会) ， 来自M87星系的相对论性喷流 ， 由带电粒子的加速产生 。
图片来源:美国国家航空航天局和哈勃遗产团队(太空望远镜科学研究院所/大学天文研究协会) ， 相对论性喷射来自…(+)
在电磁学中 ， 甚至在经典电磁学中 ， 产生电磁辐射只需要两样东西:电荷和使其穿过的场 。 电荷可以是正电荷(如质子) ， 也可以是负电荷(如电子) ， 如果它穿过磁场 ， 磁场就会加速电荷的运动 ， 使电荷从这里开始沿圆周或螺旋运动 。
场越大 ， 速度越大 ， 粒子的电荷质量比越大 ， 加速度(或运动变化)就越大 。
但是像这样的相互作用需要保存能量和动量 ， 在电磁学中起作用的方式是 ， 任何时候一个电荷由于外部场的作用而加速 ， 它必须释放出辐射才能做到这一点 。 这种辐射(在电磁学中)以光子的形式出现 ， 根据它是如何产生的 ， 被称为轫致辐射、回旋辐射或同步辐射 。
在牛顿物理学中 ， 不存在引力辐射这种东西 ， 但爱因斯坦的广义相对论改变了这一切 。 大质量源——比如粒子——与引力电荷类似 ， 而空间的弯曲结构本身与引力场类似 。 任何时候 ， 一个巨大的粒子在弯曲的空间中移动 ， 在有恒星、白矮星、中子星或黑洞存在的情况下 ， 它可能会严重弯曲 ， 它将发出类似电磁辐射的东西:引力辐射 。
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图片来源:特德.斯特梅耶(戈达德太空飞行中心) ， CXC,美国国家航空航天局
插图:达娜.贝瑞(CXC) 。
这种新形式的辐射既不是光子 ， 也不是任何其他形式的粒子辐射 ， 而是通过空间结构本身的涟漪:引力波 。 对于像地球这样绕太阳公转的质量来说 ， 引力辐射是如此之小 ， 以至于需要宇宙的10^140个年龄才能使轨道发生明显的变化;我们将永远看不到它 。 但是对于质量更大、距离更近、场更强的系统 ， 结果会更严重:像双星脉冲星这样的系统 ， 在我们星系中心的超大质量黑洞轨道上运行的东西 ， 甚至是正在合并的黑洞 。 在这些情况下 ， 我们可以观察轨道衰变 ， 为了保存能量 ， 我们知道一定有什么东西把它带走了 。
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图片来源:美国国家航空航天局(左) ， 马克斯·普朗克射电天文研究所/迈克尔·克雷默 。
这个“东西”一定是引力辐射(又称引力波) ， 由于对双星脉冲星系统的观测 ， 我们知道这个引力辐射的速度一定等于光速 ， 精度只有0.2%!换句话说 ， 这些涟漪确实以光子的速度在空间中移动 。 主要的区别在于 ， 在引力辐射的情况下 ， 这些涟漪是空间结构本身固有的 。
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由快速轨道恒星(中子星、白矮星或黑洞)产生的时空涟漪 。
图片来源:NASA 。 由快速轨道恒星(中子星、白矮星或黑洞)产生的时空涟
那么 ， 回到罗伯特最初的问题 ， 当这些涟漪不是在(近似)静态空间中产生 ， 而是在膨胀的宇宙中产生时 ， 会发生什么呢?答案是 ， 它们受到拉伸 ， 受到宇宙膨胀的影响 ， 就像光子受到拉伸 ， 受到宇宙膨胀的影响一样 。


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