通常,人们将人类肉眼可见的电磁波称之为光,但是,能被我们眼睛看到的只能被称为“可见光”,那些无法被看见的光,例如紫外光等也可以被称为“光”。
光虽然随处可见,但它的重要程度却不言而喻。要是没有光,世界将陷入黑暗,而我们将什么都看不见。同时,因为光子的静止质量为零,光成为了唯一能以光速运动的物质。
既然光没有质量,那么问题来了,为什么光会受到引力的影响呢?
光的折射现象
引力为何会偏折光线,这是一个困扰了物理学家几个世纪的问题。光可以产生折射的现象,比如光线入水之后,在水面处可以看到光被“折弯”了。
不过,让光在水面折射的并不是引力,而是不同的物质具有不同的折射率,在光线经过不同的空间时,就会产生折射的现象。
同时,光也可以被电磁场影响。光本质是一种电磁波,在电磁相互作用的传递下,光当然会被影响并产生偏转。
以上这些都是物理学家已经想明白的部分,而他们没有弄清楚的,则是引力与光的关系。
引力是什么?
引力是造成所有具有质量或能量(质量与能量可以转换)的物质之间相互吸引的作用,是一种基本相互作用,引力也是四种基本作用力的一种。
按照引力的定义,只有具有质量的物质才能产生相互吸引的现象,没有质量的光是如何被影响的?
提出万有引力的牛顿在1704年提出过这样的一个问题:物体不作用于远处的光并因此弯折光线吗?
在牛顿搭建的传统力学中,物体的轨道可以被外力弯曲,而光线在介质中也能被看见被弯折,那么,弯折光的是哪种“力”?
在牛顿世界观中,引力是两个质点之间存在的力,当有质量的物质出现时,引力就会对其产生影响。
不过,多亏了爱因斯坦和他提出的广义相对论,今天的我们已经知道,引力其实不是某种“力”,而是物体的惯性在弯曲时空中的表现。
引力是一种时空扭曲
引力在爱因斯坦世界观中被看作是时空的一种几何属性,也就是曲率。
当一个有质量和能量的物体出现在空间中时,它就会使周围的时空弯曲。质量越大的物体,对时空造成的曲率也就越大。
地球的质量是5.972E24 公斤,它产生的时空扭曲可以约束月球成为自己的卫星。太阳的质量是地球的33万倍,所以,太阳造成的时空扭曲约束了包括地球、月球在内的,太阳系中所有的天体。
所以,引力是有质量和能量的物体在空间中创造出来的曲率,而曲率的改变并不是以“力”的形式影响物体的运动,而是改变了它们的运动路径罢了。
看到这里,光的“弯折”现象你也能明白了吧?在太空中传播时,它本来应该一直按照直线运动,这是它从诞生起就被“设定”好的路径。
但是, 在太空中存在着许多有质量和能量的物体,当光在经过这些物体时,就会被物体造成的时空扭曲所影响,造成运动轨迹的改变,从走“直线”变成了走“弯路”。
光虽然没有静止质量,但是它具有能量。光在传播时遵循最短路径原则,而在时空中,它走的就是测地线。
正如前文提到的,这个运动路径在曲率的影响下会弯曲,因此,光也被弯曲了,这就是光会受到引力影响的原因。
(本文来源:名人影像馆)