如果光没有质量,为什么它会受到重力的影响?

时间:2020-12-06 09:44:47   作者:
对这个问题的最简单的回答是,光受到重力的影响,因为它在空间中传播,重力影响空间的形状。

要想了解更多的细节就有点困难了。

因此,对于详细的方法,让我们从我们的基本假设开始。
 

假设:


爱因斯坦的广义相对论和狭义相对论的模型是正确的重力如何影响宇宙的功能。

支持上述假设

这个问题很简单。我想说的是,绝大多数现代物理学和科学都证明,假设爱因斯坦的模型是正确的是一个安全的赌注。它被测试了一遍又一遍,它做出的预测也一直是准确的。从证明时间膨胀确实发生的测试,到证明引力波是真实存在的,甚至可以被探测和测量,而不仅仅是推断,甚至是证明他的理论所做出的一些最奇怪的预测——比如对帧拖拽的预测——都是如此。

所以,希望我们能同意爱因斯坦的模型在预测和建模宇宙如何运行方面是正确的,并继续回答这个问题。
 

回答


坚持从我们从爱因斯坦那里得到的理解来回答这个问题,(是的……现在还有人在研究其他的模型。)然而,没有一种理论被广泛接受,也没有一种理论能够取代相对论。所以我坚持爱因斯坦的观点),在我们讲到光之前,我们需要讨论一下引力对周围的宇宙的影响,它对时空的影响。

这里有一张图片说明了时空是如何被质量的存在扭曲的

如果光没有质量,为什么它会受到重力的影响?

这是现代世界使用的经典图像,用来展示你周围每时每刻都在发生的事情,在三维空间中。

为此,空间被简化为一个简单的,有弹性的,二维的平板,(稍后详述);在你的脑海里,把它想象成一张橡胶板,上面画了一个网格,就像你在图中看到的那样。这是一个很好的模型,可以很好地回答你的问题。

看到这幅图,你首先应该注意到的是行星和恒星周围的“空间”是如何变形的。质量越大,所导致的时空板的倾斜“越深”,而倾斜的直径也会越大。

然而,仅仅想到这一点并不总是使它变得清晰。这是一段精彩的视频,向你们展示了这个模型的实际应用,你们可以看到一个物理演示,关于质量是如何使时空变形的,以及运动的质量是如何通过时空的变形相互作用的。

但这些都解释了质量和引力,而你的问题是关于光的。那么这一切与光有什么关系呢?

好吧,再看看时空中的曲线,让我们回到网格上。看看网格在有质量的地方是如何变形的。

不幸的是,这张照片并没有表现出真实的效果,但是我找不到一张好的图片来真正展示网格线是如何随着“织物”的拉伸和/或压缩而拉伸和变形的;但我希望你能在脑海中想象这一拉伸,想象网格线实际上是如何弯曲和改变形状的,因为在你的脑海中看到这些能帮助你看到并理解下一步。

因为即使光本身没有质量,它仍然要穿越时空。所以你说光没有质量的全部意思就是你说光不会像质量那样因为它的存在而使时空变形。然而,它仍然必须穿越有质量的时空。这就意味着当光进入弯曲时空区域时,它会受到弯曲的影响。

从光的角度看,它只是沿着一条直线运动。当它到达一个被扭曲和弯曲的空间部分时,光线就会跟随这种扭曲和弯曲。

从光的角度来看,它永远不会停止沿直线运动;但是因为空间本身是弯曲的,所以“直线”实际上并不是直线。

我之前提到过,我会回到二维的平面上来把它作为真实的三维空间的表示,以及它对所有这些工作的意义。简而言之,我们生活在三维空间中,而不是二维平面中,但我们到目前为止所讨论的一切在三维中仍然成立。只是想起来难多了。

幸运的是,我不需要花太多的精力去创建一些东西来展示给你们因为其他人已经做过了。如果你看看这篇精彩的文章来自福布斯的"问伊桑"系列,它经历了这一切,甚至有一些精彩的图片展示了像光这样的东西是如何被影响的。
 

结论


光受到引力的影响是因为光在时空中传播,引力对时空的作用是主动变形它的形状。

然后,光线就会沿着它所能通过的弯曲空间的最直路径通过引力的存在。
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