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引力的传播速度

在托勒密、哥白尼、第谷、开普勒对太阳系星体运动精密观测的基础上，牛顿总结出了万有引力定律，并据此给出了开普勒行星运动三定律的精妙证明.万有引力定律是17世纪自然科学最伟大的成果.它第一次解释了一种基本相互作用的规律，把地面上物体运动和天体运动的规律统一了起来.哈雷彗星、海王星、冥王星的发现，都是应用万有引力定律取得重大成就的例子.牛顿还解释了月亮和太阳的万有引力引起的潮汐现象.现在，天文学、天体力学研究，人造卫星、宇宙飞船都离不开万有引力定律.但牛顿万有引力定律并非圆满无缺.牛顿万有引力公式不包含时间，物体间引力作用不需要时间瞬间完成.牛顿无法解释这种瞬间超距作用，故他从来没有在他的文字中“赋予产生这种能力的原因”，也拒绝对引力产生的起因提出假设.进一步深入了解引力，就要对引力现象作更细致的实验和观测.牛顿之后三百余年，物理学家一直没有测得引力作用传播速度的数据.牛顿认为引力是瞬时作用的，爱因斯坦设想它以光速传播，至今物理学家们对引力相互作用的传播或联络速度究竟是无穷大（瞬间完成）还是有限速度（如光速）尚无一致看法.物理学家在想尽办法测量引力速度.大多数的科学家们都明确地认为，引力作用应该与电磁力作用相似，不是一种瞬态作用，而是有一定的作用的，但是用实验的方法确定引力的速度比较困难.

2002年9月8日，土星巡弋在类星体JO842+1835的附近，虽然土星没有一般恒星的质量大，但它仍有相当大的引力.按照广义相对论的推测，在天空中类星体的位置在土星引力的作用下，将在若干天内完成一个小小的回路.美国Missour大学的S.Kopeiken教授和国家射电天文观测台的E.Fomolont教授观察到了这个回路，这两位科学家使用了具有非常长的基线阵列射电望远镜，因为这种抛物型探测器的配置可以提供10μs的角度分辨率，实验观察到的回路与按瞬态传播的引力所产生的回路间存在着一个微小的位移，位移的产生是由于引力具有一定的速度所致，他们计算出引力的速度是光速的1.06倍（其误差约为20%）.当他们将这个观测结果在2003年1月，在位于美国西雅图召开的“美国天文学年会”上报告后，就受到了来自美国华盛顿大学的C.Will教授与日本Hirosaki大学的HidekiAsada教授的质疑，他们认为射电望远镜实验只能很粗略地测量光速，而不可能提供引力速度的数据，因此这两种不同意见的争论要等待新实验的验证.^【1】笔者认为，上面测量引力速度的方法应当是有效的，引力的速度应当严格地等于光速，实验数据在误差范围内也说明了这一点.2004年1月12日，由中国科学院和中国工程院582名院士投票，评选科学家首次测出引力速度为2003年世界十大科技进展新闻之一.

2012年我国从2009年日全食前后的固体潮数据中发现了引力以光速传播的第一个证据，在科学界引起强烈的反响.新华社、中国科学院院刊、科技日报、光明日报专门报道和评论了这一重大发现.英国伯明翰《ScienceNews》评论说，中国科学家的发现是又一个里程碑的发现；在维基百科中，将我们2012年的发现与LIGO在2016年发现引力波并列为发现引力速度的两大观测证据.

参考文献：

【1】《物理》，第32卷第5期：301页.