1687年,牛顿提出万有引力理论,在他的认知中,引力是宇宙中瞬间传递的力量,速度无限快。这意味着,宇宙中任何有质量的物体,其引力都会立刻作用于宇宙的每一个角落,无需消耗任何时间,这一观点统治物理学界长达两个多世纪。
直到1916年,爱因斯坦在《广义相对论》的基础上,提出了截然不同的见解。他认为,引力的本质并非瞬间的超距作用,而是时空的弯曲,这种弯曲会以引力波的形式从辐射源向外传播,而引力的速度,就等同于引力波的速度。爱因斯坦大胆预言,引力波的速度与光速完全一致,也就是说,引力的速度就是光速。
两大科学巨匠的观点针锋相对,究竟谁才是正确的?答案只能来自科学观测与测量。尽管爱因斯坦早已预言了引力波的存在,但探测它却异常艰难——大多数天体的质量不足以产生能被人类捕捉到的引力波,唯有质量极大的天体,才有可能释放出可探测的引力波信号,黑洞无疑是最理想的观测目标。
科学家推测,两个大质量黑洞合并时,会发出强大的引力波,但宇宙中的黑洞距离地球极为遥远,引力波抵达地球时会变得极其微弱,这就需要一款超级精密的探测器。上世纪90年代,科学家着手建造激光干涉引力波天文台(简称LIGO),它由两个L型干涉仪组成,每个干涉仪都有两条4公里长的真空管道,激光在管道内来回反射,可捕捉到质子直径千分之一的微小长度变化。
2015年,LIGO首次探测到引力波,这一信号来自13亿光年外、两个约30倍太阳质量的黑洞合并。但此次探测仅能证明引力波存在,无法直接测量引力速度——要做到这一点,必须知道天体碰撞的精确时间,而黑洞的“隐形”特性让这一需求难以实现。
科学家随即将目光投向中子星,这种天体密度仅次于黑洞,质量足够大,且两颗中子星紧密绕转并碰撞时,不仅会产生引力波,还会释放明亮的电磁辐射,能被望远镜直接观测,从而确定碰撞的精确时间。2017年秋天,LIGO探测到一股引力波,约2秒后,轨道望远镜捕捉到一束短暂的伽马射线爆发。
研究发现,两者均来自长蛇座方向“NGC 4993”椭圆星系,距离地球约1.44亿光年,源自两颗中子星的碰撞。伽马射线速度为光速,它与引力波传播1.44亿年后,仅相差2秒。科学家解释,引力波峰值出现在碰撞前,伽马射线则在碰撞后释放,再加上测量误差,这一延迟完全合理。
这场跨越百年的科学争论,终于有了明确答案:爱因斯坦的预言正确,引力的速度就是光速。这一发现不仅完善了人类对引力的认知,也进一步印证了广义相对论的科学性,为探索宇宙的奥秘开辟了新的道路。