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既然光的質量為0,為什麼光還會受到引力的影響,在空間中彎曲?
2023/09/01

通常,人們將 人類肉眼可見的電磁波稱之為光,但是,能被我們眼睛看到的只能被稱為 「可見光」,那些無法被看見的光,例如紫外光等也可以被稱為「光」。

光雖然隨處可見,但它的重要程度卻不言而喻。要是沒有光,世界將陷入黑暗,而我們將什麼都看不見。 同時,因為光子的靜止質量為零,光成為了唯一能以光速運動的物質。

既然光沒有質量,那麼問題來了,為什麼光會受到引力的影響呢?

光的折射現象

引力為何會偏折光線,這是一個困擾了物理學家幾個世紀的問題。光可以產生折射的現象, 比如光線入水之后,在水面處可以看到光被「折彎」了

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不過,讓光在水面折射的并不是引力,而是 不同的物質具有不同的折射率,在光線經過不同的空間時,就會產生折射的現象。

同時, 光也可以被電磁場影響。光本質是一種電磁波,在電磁相互作用的傳遞下,光當然會被影響并產生偏轉。

以上這些都是物理學家已經想明白的部分,而他們沒有弄清楚的, 則是引力與光的關系

引力是什麼?

引力是造成所有具有質量或能量(質量與能量可以轉換)的物質之間相互吸引的作用,是一種 基本相互作用,引力也是四種基本作用力的一種。

按照引力的定義, 只有具有質量的物質才能產生相互吸引的現象,沒有質量的光是如何被影響的?

提出萬有引力的牛頓在1704年提出過這樣的一個問題: 物體不作用于遠處的光并因此彎折光線嗎?

在牛頓搭建的傳統力學中,物體的軌道可以被外力彎曲,而光線在介質中也能被看見被彎折,那麼,彎折光的是哪種「力」?

在牛頓世界觀中, 引力是兩個質點之間存在的力,當有質量的物質出現時,引力就會對其產生影響。

不過,多虧了愛因斯坦和他提出的廣義相對論,今天的我們已經知道,引力其實不是某種「力」,而是 物體的慣性在彎曲時空中的表現

引力是一種時空扭曲

引力在愛因斯坦世界觀中被看作是 時空的一種幾何屬性,也就是 曲率

當一個 有質量和能量的物體出現在空間中時,它就會使周圍的時空彎曲。質量越大的物體,對時空造成的曲率也就越大。

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地球的質量是5.972E24 公斤,它產生的時空扭曲可以約束月球成為自己的衛星。太陽的質量是地球的33萬倍,所以,太陽造成的時空扭曲約束了包括地球、月球在內的,太陽系中所有的天體。

所以, 引力是有質量和能量的物體在空間中創造出來的曲率,而曲率的改變并不是以「力」的形式影響物體的運動,而是 改變了它們的運動路徑罷了

看到這里,光的「彎折」現象你也能明白了吧?在太空中傳播時,它本來應該一直按照直線運動,這是它從誕生起就被「設定」

好的路徑。

但是, 在太空中存在著許多有質量和能量的物體,當光在經過這些物體時, 就會被物體造成的時空扭曲所影響,造成運動軌跡的改變,從走「直線」變成了走「彎路」。

光雖然沒有靜止質量,但是它具有能量。光在傳播時遵循最短路徑原則,而在時空中,它走的就是 測地線

正如前文提到的,這個運動路徑在曲率的影響下會彎曲,因此,光也被彎曲了,這就是光會受到引力影響的原因。

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