为什么引力的速度恰好等于光速？

摘要：中国古代认为日食是天上有个狗把太阳给吃掉了。如果太阳真的被天狗一口吞下（并且叼到很远的地方），我们知道至少要过8分钟才能看到天变黑了，因为光从太阳传播到地球需要8分钟。那么靠太阳引力维系绕着圆形轨道公转的地球在太阳被叼走之后要多长时间才会被甩出去呢？

中国古代认为日食是天上有个狗把太阳给吃掉了。如果太阳真的被天狗一口吞下（并且叼到很远的地方），我们知道至少要过8分钟才能看到天变黑了，因为光从太阳传播到地球需要8分钟。那么靠太阳引力维系绕着圆形轨道公转的地球在太阳被叼走之后要多长时间才会被甩出去呢？

牛顿认为引力是一种瞬时作用，不需要时间进行传播，在天狗嗷地一口叼走太阳之后地球马上就会沿着轨道的切线甩飞出去。借用爱因斯坦形容量子纠缠的话来说，这是一种“鬼魅般的超距作用”。然而爱因斯坦却不认为引力有什么鬼魅，而是时空的一种本质，即时空中存在的质量让时空本身发生了弯曲。处于其中的物体有沿着被弯曲时空运动的趋势，表现出来就是引力。在狭义相对论里爱因斯坦已经指出光速是时空中一切运动速度的上限，既然引力本身也是一种时空的性质，那运动速度自然不可能超过光速，因此光速不可能是一个不需要时间的瞬时作用，而是以有限的速度在传播，上限就是光速。

狭义相对论里还有一个“铁律”，那就是因果律，即导致一件事情发生的原因必须在其结果之前发生。作为地球上的观测者来说，天狗叼走太阳这件事情是原因，地球甩飞出去是结果。在时空中所有的信息传播速度都不可能超过光速，因此地球被甩飞这件事情不可能发生在地球知道太阳被天狗叼走这件事之前，这也限制了引力的传播速度不可能超过光速。

引力速度的上限已经被限制了，那为什么引力的速度恰好得等于光速，而不是每秒5公里或者每秒5000公里这样的低于光速的速度呢？这还得从时空的几何结构来解释。时空不仅是宇宙万物运行的“介质”，它本身就是宇宙运行规律的一部分。光速是时空中信息和扰动传播速度的上限，引力本身就是一种时空扰动，如果时空扰动本身传递速度低于光速又会导致一些奇怪的结果，例如洛伦兹变换将不再成立，爱因斯坦广义相对论的场方程也将不再成立，因而引力的传播速度必须是光速。

上面的解释关于引力速度不能高于光速这一点好理解，但为何也不能低于光速，如果不用数学推导其实比较难直观解释。推导可以利用洛伦兹变换或者爱因斯坦引力场方程，有兴趣可以自己研究，为了阅读完成量就不写了，关键是场方程推导我也不会。总之，只要狭义相对论和广义相对论正确，那引力的传播速度就只能和光速一样。