科学百科45期丨什么是引力的速度？

本期为大家带来：

《你知道吗——现代科学中的100个问题》

本书是阿西莫夫的优秀作品之一。
作者以通俗的语言，深入浅出地解释了现代科学中的一百个尖端课题。
其中，有些是了解现代科学技术所必须具备的基础知识，如科学的研究方法、二进制数、相对论、亚原子粒子、核聚变、熵、晶体、病毒等。有些则是当代科学技术的前沿阵地，如黑洞、统一场论、夸克、快子、金属氢等。
作者对这些问题的来龙去脉，它们目前处在什么样的状态、有没有希望得到解决等问题均作了回答。

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第四十五个问题： 什么是引力的速度？

关于这个问题，有另外一个比较长，然而也比较明白的提法。这就是：假若太阳突然不复存在，并且消失得无影无踪的话，地球要在多久以后才不再受到太阳引力场的吸引呢？

还可以提出一个类似的问题：当太阳消失以后，地球什么时候才不复得到它的光？

对于第二个问题，答案是大家熟知的。我们都知道，太阳离开地球有一亿五千万公里。我们还知道，光在真空中以每秒300,000公里的速度传播。太阳消失前的最后一束光线在离开太阳后，要用8.3分钟的时间才到达地球。换句话说，我们将在太阳消失8.3分钟后才会知道这件事。

这第二个问题之所以容易回答，是因为我们有好多种测量光速的方法。由于人们能够察觉自遥远星体射来的微弱光线的变化，也由于人们自己能发射出很强大的光束，这些测量方法就成了切实可行的事情。

在与引力场打交道时，我们就没有这些有利条件了。研究微弱的引力场的微小变化是十分困难的，而且，我们也无法在地球上产生强大的引力作用，让它们传播很远的距离。

因此，我们只好局限于从理论上进行探讨了。目前，已知宇宙间有四种相互作用：（1）强相互作用；（2）弱相互作用；（3）电磁相互作用；（4）引力相互作用。前两种是短程作用，随距离的增大而迅速减小，到了超过原子核直径的地方，它们已经微弱得可以忽略不计了。电磁作用和万有引力作用是远程的，它们反比于距离的平方而减弱。这就是说，即使是在天文距离上，也能感觉到这两种作用。

物理学家相信，两个物体间的任何一种相互作用都是通过交换亚原子粒子来实现的。所交换的粒子质量越大，相应的作用范围就越小。例如，强相互作用是由于交换质量比电子大二百七十倍的π介子而产生的，弱相互作用是由于交换质量更大的W粒子而产生的（顺便说一下，这个粒子还未被发现）。

如果所交换的粒子根本就没有质量，那么，相应的作用范围就是无限大的，这正是电磁相互作用的情况。这时所交换的粒子是没有质量的光子。这样一束没有质量的光子就是一束光线，或一束辐射。引力相互作用也像电磁作用一样是远程的，因此，它也应该交换一种没有质量的粒子——人们称之为“引力子”。

而且，物理学家有十分充足的理由假设，在真空中，没有质量的粒子只能以光速运动。这就是说，速度约为每秒300,000公里，既不能大，也不会小。

如果是这样的话，引力子就是以光子的速度前进的。这就意味着，如果太阳消失的话，它所放出的最后的引力子将与最后的光子同时抵达地球。在我们最后看见太阳的一瞬间，也同时失掉了它的吸引力。

换句话说，引力是以光速传播的。