稍微有點(diǎn)物理常識的讀者都知道光速不因觀察者而改變。
光速不變也是狹義相對論的基本預(yù)設(shè)，如果這個(gè)預(yù)設(shè)是錯(cuò)誤的，那么相對論就不復(fù)存在了。
最早預(yù)言“光速不變”的是麥克斯韋，這一論述最早出現(xiàn)在1864年，他發(fā)表名為《電磁場的動力理論》的論文指出：電場和磁場已波的形式以光速在空間中傳播。
雖然麥克斯韋的電磁理論預(yù)示著光速不變，但是由于麥克斯韋自身受限于以太學(xué)說，并不能深刻認(rèn)識到光速不變是客觀獨(dú)立的。
麥克斯韋
在等效原理被提出之后。時(shí)空彎曲，引力波的概念應(yīng)運(yùn)而生。
廣義相對論是和牛頓力學(xué)存在根本性矛盾的，不過弱引力場上，其應(yīng)用結(jié)果與牛頓力學(xué)相差微弱。
而地球上，乃至整個(gè)太陽系都可視為弱引力場。所以牛頓力學(xué)依舊有重要的地位。
廣義相對論和牛頓力學(xué)的根本性矛盾主要體現(xiàn)在下面
牛頓力學(xué)：引力是瞬時(shí)的（不含時(shí)），這種超距作用在以太中得以實(shí)現(xiàn)（以太是引力的傳播介質(zhì)）
廣義相對論：引力的傳播無需引入一個(gè)假象物充當(dāng)介質(zhì)，引力是非瞬時(shí)的，它的速度是光速，引力是時(shí)空彎曲的表象。
【一】：引力不再是不能追溯因果的自然現(xiàn)象，取而代之的是有質(zhì)量的物體彎曲了時(shí)空。
【二】：引力的作用被光速束縛，引力也無法突破光速，或者說引力的速度就是光速。
看到這里，有物理直覺的讀者一定為追問：為什么引力的速度嚴(yán)格等于光速，這里面必然有更深層次的原因
在這里我必須聲明：在天文實(shí)際測量中，并沒有得到引力完全等于光速的結(jié)論，這其中最大的原因來自于誤差。
引力的速度等于光速在理論上是相對論推出的必然結(jié)果，幾乎所有科學(xué)家都認(rèn)同這一結(jié)果。
在2017年8月17號，天文學(xué)家接收到1.3 億光年外兩個(gè)中子星合并分別發(fā)出的引力波和電磁信號。
按照科學(xué)家的預(yù)期，他們應(yīng)先接收到引力波。
果不其然，在接收到引力波后的1.7秒才接收到中子星合并發(fā)出的電磁信號。
中子星合并的引力波和電磁波在長達(dá)億年的時(shí)間尺度上傳播，最后抵達(dá)地球只相差1.7秒，其誤差在1：10∧15。
這種誤差很好理解，因?yàn)樾请H物質(zhì)不會延緩引力的傳播，而會“延緩”光的傳播。畢竟光在水中和空氣中的傳播速度都會比真空中慢。
這并不是說光速變慢了，其實(shí)光速并沒有改變，只是計(jì)算速度的方式改變了。
光在穿過物質(zhì)的時(shí)候會被吸收，核外電子吸收光子后，處于激發(fā)態(tài)又會釋放光子。在吸收與被釋放的過程中耽誤了時(shí)間，而我們計(jì)算空氣中的光速是按照傳播距離除以時(shí)間，這樣得出的光速自然就會變慢。
如果我們只是單純計(jì)算一個(gè)光子的傳播速度，那么它永遠(yuǎn)都是真空中的光速。
我們描述宇宙中絕大部分現(xiàn)象只需要用到量子力學(xué)和相對論就完全夠用了。
前者涉足微觀粒子，包括電磁力，強(qiáng)弱相互作用，后者主打引力。
廣義相對論解釋了質(zhì)量、能量與時(shí)空的關(guān)系。
廣義相對論產(chǎn)生了一種新的“輻射”—引力波。
引力波和電磁波雖然不怎么相關(guān)，但都是以光速傳播
我們?nèi)粘Ｉ钪心芸匆娀蛘邇x器能接收到的絕大部分電磁波都是原子核外電子輻射出的結(jié)果。
不需要高深的量子力學(xué)知識，僅用電磁學(xué)定律我們就搞明白了。
核外電子相對于原子核質(zhì)量很小，一個(gè)帶負(fù)電的電子繞著帶正電的原子核旋轉(zhuǎn)必然面臨一個(gè)棘手的問題，那就是電子在原子核外運(yùn)動，會經(jīng)歷變化的電場，因此會加速。
加速的電子會輻射能量。失去能量的電子不可避免地會落入原子核中，這樣以來原子結(jié)構(gòu)就不穩(wěn)定了。這也是盧瑟福原子模型的致命之處。
不過新的原子模型早已解決了這些問題，電子輻射的能量很多時(shí)候來自外界攝入。
今天我們討論的是輻射出的能量到底以什么形式傳播。
在經(jīng)典電磁理論中
ε 0是描述在真空中兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的電力的基本恒定的介電常數(shù)。
μ 0可以想到作為與恒定電流貫穿其中限定在真空中由兩個(gè)平行的導(dǎo)線所產(chǎn)生的磁力的恒定的滲透性。
當(dāng)計(jì)算所產(chǎn)生電磁輻射的特性時(shí)，它表現(xiàn)為一個(gè)波，其傳播速度等于1/（ε 0 μ 0）?，這恰好等于光速。
明白了電磁輻射的來源，我們就可以將這種思路套用在引力波的產(chǎn)生上。
地球繞太陽旋轉(zhuǎn)，是小質(zhì)量物體繞大質(zhì)量物體作軌道運(yùn)行，地球讓太陽旋轉(zhuǎn)會經(jīng)歷變化的引力場（其本質(zhì)是時(shí)空曲率的變化），這種變化會導(dǎo)致一種攜帶能量的輻射發(fā)出。
這就是引力波的思想來源，十分類似電磁波的起源。
我們已經(jīng)知道引力由時(shí)空曲率決定，而時(shí)空曲率取決于該空間的物質(zhì)和能量總和。
想象一下：太陽周圍的時(shí)空曲率導(dǎo)致系內(nèi)行星繞其旋轉(zhuǎn)，如果突然把太陽拿掉，原本太陽空間位置的時(shí)間曲率就變?yōu)槠教?，從彎曲到平坦空間的過渡會以時(shí)空漣漪的形式傳遞下去。這就是引力波。
現(xiàn)在我們要用到狹義相對論的知識了，我們知道引力波和電磁波都沒有靜止質(zhì)量。
而它們都攜帶能量，沒有靜止質(zhì)量就意味著它們必須以光速傳播。
之前我的專欄多次分析過這個(gè)問題。
在狹義相對論的基本公式中，都有洛倫茲因子。
比如時(shí)間質(zhì)速關(guān)系公式 m=m0/（1-v2/c2）?。
1/（1-v2/c2）?就是洛倫茲因子
m0為物質(zhì)的靜止質(zhì)量，可以看到靜止質(zhì)量不為0的物質(zhì)（m0≠0）其速度v越接近光速c，其洛倫茲因子得出的數(shù)值越大，所以運(yùn)動質(zhì)量的增大就要求其維持加速運(yùn)動所需的能量越大。
如果有靜止質(zhì)量的物質(zhì)速度無限接近光速，那么其質(zhì)量就無限大，那么用盡全宇宙的能量也不能維持其加速運(yùn)動。
所以有靜止質(zhì)量的物質(zhì)不能維持光速運(yùn)動
而光子沒有靜止質(zhì)量，所以質(zhì)速關(guān)系已經(jīng)不適應(yīng)于光子的運(yùn)動質(zhì)量的計(jì)算了。
這時(shí)候就用核外電子輻射出光子的能量E=hν，再結(jié)合質(zhì)能方程E=mc2，就可以推導(dǎo)出光子的運(yùn)動質(zhì)量m=hv/c2（h為普朗克常數(shù)，v為光子頻率，c為光速）
根據(jù)狹義相對論，我們明顯可以得出：沒有靜止質(zhì)量的粒子必須以光速運(yùn)動才能存在，否則就不存在。
雖然我們還沒有找到引力的傳播子—引力子，但是理論已經(jīng)計(jì)算出引力子沒有靜止質(zhì)量。所以引力子必須以光速運(yùn)動。
這也是引力波必須以光速運(yùn)動的最淺顯的理解。
