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既然光的质量为0,为什么光还会受到引力的影响,在空间中弯曲?

2024-08-07科学

1905年,爱因斯坦突破牛顿引力理论的光速枷锁,这个叫做「狭义相对论」的理论对光的运动进行全新的界定。

他指出,光不受重力影响,这个观点不仅让人们对光的运动有了更深入、更完美的认识,也让人们对进一步研究「宇宙大爆炸」有了更深刻的认识。

在宇宙的尽头,爱因斯坦独特的引力理论也有其不完美的地方,比如爱因斯坦的引力理论中,光乃是质量为0的光子,所以应当不受引力影响,那么万物追随的光, 为什么会被引力束缚于空间中,就连向量都被拉扭曲呢?

光子究竟有没有质量。

要回答这个问题就要先看看,究竟光有没有质量。

20世纪初年,人们以为一切物质都是由电子、质子和中子这三种基本粒子所构成的时候,光也是一种由质子、电子和中子所构成的粒子。

但是随着科学技术的不断发展,人们发现,光是由金属发射而来的电子一种粒子,即波长极短的一种粒子,这种粒子又被称为光子,所以光就不再被看成由质子、电子、中子所构成的粒子,而是一种由光子所构成的粒子。

1922年,德国科学家柯朗对这种由光子所构成的粒子的质量进行了精确的测量,柯朗发现这种粒子的质量非常之小,就连最轻的质子与最重的质子之间的质量也能差一亿倍,这差距还是差一亿倍,所以柯朗得出的结论就是光质量为0。

「光」行光阴无数重。

人们都知道,凡是有人的地方,都会有重力,这是因为地球有质量,质量不为0,则会产生引力。

所以地球上才会有人的重物落地的这一情况,当物体落地的时候,会有一个向下的加速度,这就是重力。

重力的大小和质量有关,反比例于质量之间的平方,地球上的重力常数大约为9.8m/s^2。

牛顿的万有引力定律中的引力是一种吸引力,而不是排斥力。

光几乎没有质量,也就几乎没有质量的光,所以其重力也是几乎为0,那光就应该是什么都受不到引力的影响,空中飘荡,既不往下掉,也不升上去。

但是人们却发现,光却不是这样,当光遇到太阳、星球等大质量天体的时候,就会被这些天体的引力所束缚。

就好像从大坝上流下来的水,不受自身重量的影响,因为它没有除自身质量以外的质量将其束缚,但是它却会受到地心的引力束缚进行流动。

爱因斯坦的「千斤顶」。

爱因斯坦曾用一种被称为「千斤顶」的物体来解释,空间是如何被引力所弯曲的,对于这种三维空间,人们可以很轻易的在其中进行各种自如的运动,这样的空间就是平直空间,这是因为人们对于平直空间的理解程度是非常深入的,他们可以根据一组轨迹,使得量子之间在其轨迹上的距离保持不变。

而如果要表示三维空间的曲率,就需要用到第二阶导数,而第二阶导数的概念就只有在三维以上空间中才会涉及到,所以这样的空间就被称为曲面空间。

现在,假设有一组轨迹,希望能够使得物体在轨迹上能够保持一定的距离,这样的轨迹对应着平直空间,但是如果物体不在其上时,那么他的运动轨迹就会被曲面空间所影响。

人们常常用这种平坦空间和曲面空间相联合的方法来将重力的影响表示出来,平直和曲面空间中的物体运动轨迹是一样的,所以有人就会提出这样的问题,为什么在平直空间下,物体不停的运动,却不会被环境所影响?

而在曲面空间中,却会受到曲面的束缚,这就好像一个车子,在平地上是自由的行驶,而在坡上却不能自由的行驶,必须是向坡上爬或者是从坡上下来,那么牛顿的引力理论和万有引力定律就是用来解释这个问题的。

爱因斯坦的引力理论中有一种非常奇妙的性质,就是能让一切物质都做惯性运动,这就是在引力场的中那些小粒子也能像物体在平直空间中一样运动,这就是爱因斯坦的引力理论的优点,就是他能让大天体和小太阳之间的相互影响都能很好的体现出来。

结语

现在人们对于光到底有没有质量的争论还在继续,但是无论光到底有没有质量,都无法否定在空间中光能够被引力所束缚的事实。