光會受到引力的影響嗎?
根據愛因斯坦的廣義相對論,光會像物質受到引力的影響一樣受到影響。這是因為在這個理論下,我們不應該把引力看作是向量的力,而是宇宙的「形狀」的結果。
從牛頓的觀點來看,引力是一種線性指向的力量,所有具有質量的物體都會以質量拉動所有其他物體。他的分析表明,力的強度與兩個相互吸引的質量的乘積成正比,與它們之間距離的平方成反比。這樣,蘋果和地球就會相互吸引,蘋果就會從樹上「掉落」下來。由於光(無論是光線還是光子)都沒有質量,牛頓方程預測它不會被引力吸引到任何物體上,不管這個物體有多大。
為了構建一個與所有觀察者一致的理論框架,而不是依賴於某種獨立的固定參考框架,愛因斯坦不得不放棄這種對引力如何工作的看法,並設計出一種新的理解。根據這一理論,所有具有質量的物體都會改變時空的曲率,時空是宇宙的四維結構。對象在時空中移動,然後簡單地跟隨已經創建的曲線。
由於人腦不善於在四維中描繪事物,我們通常在三維空間中採用類比。把時空想像成一片橡膠薄片,當沒有物質存在時,它被拉伸成扁平的。如果我們在這個「空間」中放置一個巨大的物體,就像恆星一樣,它會向下推到橡膠板中,在橡膠中形成一個凹坑。
一顆由恆星飛行的小行星在沿著恆星的軌道滾動時不會以直線運行,它會在通過傾角時彎曲,向新的方向出來。如果一個物體以正確的速度運動,它可能會卡在凹坑裡,像球繞輪盤一樣繞著恆星旋轉。
到目前為止,這個理論的預測和牛頓的預測是一樣的,但現在有了很大的不同,如果光沿著這片橡膠薄片時空運動,它也會沿著曲線走,因為空間的曲率已經由恆星創造出來了。事實上,如果坑足夠深,牆壁非常陡峭,光線可能會掉進坑裡,永遠不會逸出,我們稱之為黑洞。牛頓沒有注意到這種光的彎曲,因為需要非常大的物體才能讓光這麼快地彎曲到你能注意到的程度。這也是我們仍然學習和使用牛頓方程的原因,它在大多數情況下都能很好地工作。但實驗表明,事實上牛頓是錯誤的,光被吸引到有質量的物體上,正如愛因斯坦的理論所預測的那樣。


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