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既然光的質素為0,為什麽光還會受到重力的影響,在空間中彎曲?

2024-08-07科學

1905年,愛因斯坦突破牛頓重力理論的光速枷鎖,這個叫做「狹義相對論」的理論對光的運動進行全新的界定。

他指出,光不受重力影響,這個觀點不僅讓人們對光的運動有了更深入、更完美的認識,也讓人們對進一步研究「宇宙大爆炸」有了更深刻的認識。

在宇宙的盡頭,愛因斯坦獨特的重力理論也有其不完美的地方,比如愛因斯坦的重力理論中,光乃是質素為0的光子,所以應當不受重力影響,那麽萬物追隨的光, 為什麽會被重力束縛於空間中,就連向量都被拉扭曲呢?

光子究竟有沒有質素。

要回答這個問題就要先看看,究竟光有沒有質素。

20世紀初年,人們以為一切物質都是由電子、質子和中子這三種基本粒子所構成的時候,光也是一種由質子、電子和中子所構成的粒子。

但是隨著科學技術的不斷發展,人們發現,光是由金屬發射而來的電子一種粒子,即波長極短的一種粒子,這種粒子又被稱為光子,所以光就不再被看成由質子、電子、中子所構成的粒子,而是一種由光子所構成的粒子。

1922年,德國科學家柯朗對這種由光子所構成的粒子的質素進行了精確的測量,柯朗發現這種粒子的質素非常之小,就連最輕的質子與最重的質子之間的質素也能差一億倍,這差距還是差一億倍,所以柯朗得出的結論就是光質素為0。

「光」行光陰無數重。

人們都知道,凡是有人的地方,都會有重力,這是因為地球有質素,質素不為0,則會產生重力。

所以地球上才會有人的重物落地的這一情況,當物體落地的時候,會有一個向下的加速度,這就是重力。

重力的大小和質素有關,反比例於質素之間的平方,地球上的重力常數大約為9.8m/s^2。

牛頓的萬有重力定律中的重力是一種吸重力,而不是排斥力。

光幾乎沒有質素,也就幾乎沒有質素的光,所以其重力也是幾乎為0,那光就應該是什麽都受不到重力的影響,空中飄蕩,既不往下掉,也不升上去。

但是人們卻發現,光卻不是這樣,當光遇到太陽、星球等大質素天體的時候,就會被這些天體的重力所束縛。

就好像從大壩上流下來的水,不受自身重量的影響,因為它沒有除自身質素以外的質素將其束縛,但是它卻會受到地心的重力束縛進行流動。

愛因斯坦的「千斤頂」。

愛因斯坦曾用一種被稱為「千斤頂」的物體來解釋,空間是如何被重力所彎曲的,對於這種三維空間,人們可以很輕易的在其中進行各種自如的運動,這樣的空間就是平直空間,這是因為人們對於平直空間的理解程度是非常深入的,他們可以根據一組軌跡,使得量子之間在其軌跡上的距離保持不變。

而如果要表示三維空間的曲率,就需要用到第二階導數,而第二階導數的概念就只有在三維以上空間中才會涉及到,所以這樣的空間就被稱為曲面空間。

現在,假設有一組軌跡,希望能夠使得物體在軌跡上能夠保持一定的距離,這樣的軌跡對應著平直空間,但是如果物體不在其上時,那麽他的運動軌跡就會被曲面空間所影響。

人們常常用這種平坦空間和曲面空間相聯合的方法來將重力的影響表示出來,平直和曲面空間中的物體運動軌跡是一樣的,所以有人就會提出這樣的問題,為什麽在平直空間下,物體不停的運動,卻不會被環境所影響?

而在曲面空間中,卻會受到曲面的束縛,這就好像一個車子,在平地上是自由的行駛,而在坡上卻不能自由的行駛,必須是向坡上爬或者是從坡上下來,那麽牛頓的重力理論和萬有重力定律就是用來解釋這個問題的。

愛因斯坦的重力理論中有一種非常奇妙的性質,就是能讓一切物質都做慣性運動,這就是在重力場的中那些小粒子也能像物體在平直空間中一樣運動,這就是愛因斯坦的重力理論的優點,就是他能讓大天體和小太陽之間的相互影響都能很好的體現出來。

結語

現在人們對於光到底有沒有質素的爭論還在繼續,但是無論光到底有沒有質素,都無法否定在空間中光能夠被重力所束縛的事實。