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  • 1 # 科學聯盟

    題主你好。題主問這個問題的時候應該先思考一下相互作用的傳播速度到底是多少。根據狹義相對論,只有真空光速才能保證相對於所有慣性參考系是一樣的。如果“相互作用的傳播速度”也能保證相對於所有慣性參考系都是一樣的,那麼這個速度只能是真空光速。可問題是,“相互作用”這個詞語範圍太寬了,四大基本相互作用是“相互作用”,聲波引起的共振也是相互作用,很明顯共振的傳播速度是遠遠低於真空光速的。因此,題主的命題是個假命題,至少在經典物理的意義上是假命題。

    對於基本相互作用傳播速度,經典物理之相對論學的觀點是,基本相互作用中的電磁相互作用和引力相互作用是以真空光速傳播的。至於另外兩種相互作用(強相互作用和弱相互作用)的傳播速度,根據量子理論裡的粒子物理標準模型,弱相互作用不是以真空光速傳播,因為傳播弱相互作用的粒子是有質量粒子,而且質量還很大(相當於電子質量的二十萬倍),相對論告訴我們有質量粒子只能是亞光速運動;對於強相互作用,可以先確定兩件事情:傳遞強相互作用的粒子也就是膠子,是沒有質量的,原因是膠子偏振態僅有兩種,根據局域對稱性可以分析出它是物質量的;膠子有能量。那麼結論是膠子以真空光速傳播。因此,我們可以相信,“相互作用的傳播速度為真空光速”在兩種微觀相互作用上並不是完全成立:弱相互作用不成立,強相互作用則成立。也就是說,即使考慮量子理論,題主的命題也是假命題。【注:高能標下一切粒子都可以看成是以真空光速運動的,這一點可以透過計算極端相對論的E-p關係獲得。所以對於弱相互作用來說,在極高能標下也可以認為(弱相互作用傳播子)是以真空光速傳播的。但不管怎麼說,有了弱相互作用低能下的這個反例就夠了。】

    對於題主的命題,我覺得應該理解為:對於電磁相互作用和引力相互作用,它們的傳播速度是真空光速,因此在不同慣性參考系下,其速度是一樣的。這個命題是正確的,而且可以證明。電磁相互作用的傳播速度可由麥克斯韋電磁理論給出,其相對論不變性由狹義相對論給出。但是引力相互作用傳播速度就比較難了,牛頓引力論給出的速度是無窮大,明顯是不對的。因此必須要修改牛頓引力論,修改結果也就是廣義相對論了。廣義相對論預言了引力波(1916年愛因斯坦根據廣義相對論預言了引力波),但是在歷史上,引力波的研究卻是一波三折。起先愛因斯坦預言了三種偏振型別的引力波,這個結果連愛因斯坦本人都不太相信,後來愛丁頓證明愛因斯坦提出的引力波存在問題,需要修改。這裡面還有一個小故事,叫“以思想的速度傳播”——它被愛丁頓用來諷刺愛因斯坦!愛因斯坦也曾經公開否定引力波,但又改變了自己的看法。後來出現了一個不得不提的天文觀測:1974年天文學家觀測脈衝雙星(中子雙星)時發現,脈衝雙星的軌道週期在衰減,根據觀測資料並擬合出損失的能量和角動量,與廣義相對論預測的引力輻射正好能對應上!這個實驗間接證明了引力波的存在!它在1993年為三位天文學家爭得了諾貝爾物理學獎!再後來,2015年LIGO發現了引力波的直接證據,並讓三位物理學家獲得了去年(2017年)諾比爾物理學家,其中一位——基普·索恩——便是鴻篇鉅著《引力論》的作者之一!

    引力波的客觀存在性,說明引力場確實是以真空光速傳播的!這個問題歷時一個多世紀才算基本告終!!

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