廣義相對論預(yù)言引力波在真空中的速度為光速。2015年9月之前引力波從未被直接探測到，也就不可能直接測量其速度。如果引力波速度小于光速，現(xiàn)有的極高能宇宙線觀測要求該相對偏差小于10-15。但在很多的引力理論模型中引力波速度可以超過光速，目前對此相關(guān)限制很弱。所以引力波速度的直接測量具有非常重要的科學(xué)意義。

引力波速度的直接測量目前主要有兩種方案:一種是基于各引力波探測器接收到引力波信號(hào)的時(shí)間差來計(jì)算，目前這種測量的精度非常低；另一種測量的原理是：如果引力波速度不同于光速，那么宇宙學(xué)距離上的引力波爆發(fā)信號(hào)與幾乎同時(shí)發(fā)出的電磁輻射信號(hào)到達(dá)觀測者時(shí)將產(chǎn)生一定的時(shí)差，通過這個(gè)時(shí)差就可以給出引力波速度偏離光速的幅度的上限。

2015年9月14日，在LIGO引力波探測器成功探測到GW150914后大約0.4秒，F(xiàn)ermi衛(wèi)星上搭載的伽馬射線暴監(jiān)視器(GBM)探測到了一個(gè)持續(xù)約1秒的微弱伽馬射線暫現(xiàn)源。盡管還存在一定的爭議，但Fermi/GBM的一個(gè)專門的數(shù)據(jù)分析小組認(rèn)為這個(gè)信號(hào)的顯著性達(dá)到3倍標(biāo)準(zhǔn)差，它在時(shí)間與空間上與GW150914也基本吻合，極有可能成協(xié)。中國科學(xué)院紫金山天文臺(tái)李翔、張富文、袁強(qiáng)等人第一時(shí)間對該成協(xié)的物理意義進(jìn)行了深入探討，通過計(jì)算得到：如果引力波速度超過光速，那么其相對偏差應(yīng)小于10-17（arXiv:1602.04460）。如果GW150914與Fermi-GBM的伽瑪射線信號(hào)的成協(xié)是真實(shí)的，那么這是人類首次對引力波的速度做出高精度直接測量。該研究成果發(fā)表在《天體物理雜志快報(bào)》(ApJL)上。該文還被列入ApJL雙黑洞并合電磁對應(yīng)體研究合集。

盡管上述結(jié)論依賴Fermi/GBM伽馬射線信號(hào)的真實(shí)性，但在2016年8月《天體物理雜志》(ApJ)的一篇論文中，紫金山天文臺(tái)李翔、胡一鳴、范一中等人研究指出短伽馬暴與引力波事件的成協(xié)性很有可能在未來幾年內(nèi)確立，并且引力波速度與光速的相對偏差可望被直接限制到10-18的精度(如圖)。該文中他們還首次給出了“同時(shí)進(jìn)行引力波速度高精度直接測量及愛因斯坦弱等效原理檢驗(yàn)”的研究方案。

這兩項(xiàng)研究工作得到科技部“973”計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、中科院B類先導(dǎo)專項(xiàng)的資助。

2020年前后對“引力波速度與光速相對偏差”測量預(yù)期達(dá)到的精度。圖取自Li et al. (2016 ApJ)