宇宙中的每个现象都是奇妙而引人入胜的，尤其是那些看似矛盾的现象。其中之一就是：光——这种我们日常生活中随处可见，却又充满神秘的自然现象。光是无质量的粒子，这是我们从小就知道的常识。然而，尽管光没有质量，但它仍然会受到引力的影响。这个现象看似矛盾，却是科学事实。这是怎么回事呢？
理解光的性质
光是一种电磁辐射，位于电磁谱的可见区域，对人类生活至关重要。我们通常将光视为粒子（光子）和波动（电磁波）二者的复合体。这就是著名的波粒二象性。
光子，光的粒子形态，是一种没有静止质量的基本粒子。它们在真空中以光速（大约每秒300,000公里）传播。虽然光子没有质量，但它们具有动量，这在量子力学中是非常重要的一点。光子的能量可以通过普朗克关系式E=hf来表示，其中E是能量，h是普朗克常数，f是频率。
光的波动性则表现在它的传播方式上。光以波的形式——电磁波——在空间中传播。电磁波由交替的电场和磁场组成，这些场在垂直方向上变化，并且与波的传播方向垂直。
宇宙的规则：引力是如何影响质量的？
我们的直观理解引力可能源自以艾萨克·牛顿为代表的古典物理学。牛顿的万有引力定律认为两个质点之间存在引力，且这种力的大小与两点的质量乘积成正比，与它们之间的距离平方成反比。在这个理论中，我们看到的引力是作用于质量的力，但是，光没有质量，所以按照牛顿的理论，光并不受引力影响。
然而，这并不是故事的全部。事实上，爱因斯坦的广义相对论改变了我们对引力的理解。在牛顿的理论中，引力是一个「力」，而在广义相对论中，引力被理解为物体通过其质量曲率空间时间的结果。也就是说，物体的质量和能量会曲率它们周围的空间和时间，而物体则自然地沿着这个曲率移动。这个理论的重要推论是，即使光没有质量，但它也有能量，因此也会受到引力的影响。
另外值得注意的是，即使在牛顿的理论中，光也可能受到引力的影响，虽然不是直接的。这是因为光在传播过程中会与物质相互作用，而物质受到引力的影响。但这种影响通常很微小，通常被忽略不计。
所以，为了理解为什么没有质量的光会受到引力的影响，我们需要更深入地理解引力的本质，特别是在广义相对论的框架下。
广义相对论和光的引力弯曲
广义相对论是爱因斯坦在1915年提出的一个理论，它为我们理解引力提供了全新的视角。在这个理论中，引力并不是一个力，而是物体由于其质量和能量而在四维空间时间中创造的曲率。这种曲率改变了物体的运动路径，使其看起来像是受到了一种「力」的影响。
在这个框架下，光也会受到引力的影响。虽然光没有质量，但它有能量和动量，而在广义相对论中，能量和动量都可以产生引力。结果，光在通过弯曲的空间时间时，其路径也会发生弯曲。这就是所谓的「光的引力弯曲」效应。
这个效应在1919年的日全食期间得到了验证。爱因斯坦预测，当光从一颗星通过太阳附近的空间时，光线将会偏离直线路径。这种效应在观察中被确认，从而为广义相对论提供了重要的证据。
这个理论提供了一个理解为什么光会受到引力影响的关键。我们通常认为引力是作用于质量的，因此无质量的光应该不会受到引力的影响。然而，爱因斯坦的理论改变了我们对引力的理解，引力不再是一个力，而是空间时间的曲率，而光，虽然没有质量，但具有能量和动量，因此在这个新的视角下，光也会受到引力的影响。
爱因斯坦的预言和后续的观测验证
1919年，英国天文学家阿瑟·爱丁顿利用南美和非洲的日全食，对爱因斯坦的预测进行了实证研究。爱因斯坦的理论预测，当光线经过太阳附近时，会受到引力的影响并发生弯曲。爱丁顿的实验结果证实了这一预测，这一实验也被公认为广义相对论的一个重要验证。
爱丁顿和他的团队测量了来自远方恒星的光线经过太阳附近时的偏移量。他们发现，恒星的光线确实发生了弯曲，且弯曲的程度与爱因斯坦的理论预测完全吻合。这一结果给科学界和公众留下了深刻的印象，广义相对论从此走进了公众的视野。
从那时起，许多其他的观测也验证了广义相对论。例如，射电望远镜的测量结果证实了光线在经过天体附近时确实会发生弯曲。此外，重力波的直接探测也为广义相对论提供了更多的证据。
这些实证研究显示，尽管光没有质量，但它确实受到引力的影响。这不仅证实了广义相对论的正确性，也揭示了宇宙的一些基本规律，帮助我们更深入地理解宇宙的运行机制。
引力是如何影响光的路径的？
现在我们已经知道，光尽管没有质量，但它仍然受到引力的影响，但为什么会这样呢？这是因为根据广义相对论，引力实际上是由于质量（或能量）对周围的时空产生曲率，从而影响物体的运动轨迹。
对于光来说，尽管它没有质量，但它携带着能量，并且在传播时遵循最短路径原则。在弯曲的时空中，最短路径并不是我们在平坦空间中惯常理解的直线，而是所谓的测地线，这条线在时空曲率存在的地方会弯曲。因此，当光经过天体附近，其路径会受到时空曲率的影响而发生弯曲，这就是为什么光会受到引力影响的原因。
光的引力透镜效应
这一现象在天文学中有其特别的重要性，被称为「引力透镜效应」。引力透镜效应是指当光源、天体（如星星或星系）和观察者三者排成一直线时，光源发出的光线在经过天体附近时受到天体引力的作用而发生弯曲，进而形成对观察者来说看似复数个光源的现象。
在天文学的研究中，引力透镜效应为我们提供了一个独特的工具。通过测量光的弯曲，我们可以了解引力源的质量分布，甚至可以检测到光源后方的天体。更为惊人的是，当引力透镜效应的弯曲程度足够大时，可以形成强烈的「引力透镜」，使得后方的光源被放大和扭曲，形成弧线或者完整的光环，这就是所谓的「爱因斯坦环」。
利用引力透镜效应，天文学家们已经做出了许多重要的发现。例如，它是探测暗物质分布、研究遥远星系的重要工具。尽管光的弯曲给我们带来了挑战，但同时也揭示了宇宙的奥秘，使我们得以用全新的方式理解和探索宇宙。
结论：光和引力的微妙关系
光的质量确实为零，它在没有引力作用的空间中，会沿直线行进。然而，在爱因斯坦的广义相对论中，我们理解到，光的行进路径受到引力的影响，不是因为光有质量，而是因为引力改变了光行进的「舞台」——时空。我们可以把这个现象理解为，光仍在直线行进，只不过这条「直线」被引力所弯曲。
这种看似矛盾的现象揭示了引力对时空的影响，也让我们对宇宙有了更深的理解。正如我们在文章中所探讨的，这一理论不仅得到了实验证据的支持，而且在天文学中有着重要的应用，如引力透镜效应。
通过理解光为何受到引力的影响，我们可以看出，科学的探索往往会带来出人意料的结果。爱因斯坦的广义相对论打开了我们理解宇宙的新视角，让我们能以全新的方式去探索和理解宇宙的奥秘。
