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如果光没有质量,那么重力是怎么扭曲它的呢?

是的,根据牛顿力学理论,光并不受重力的影响,因为光是无质量的。早在1912年,也就是距离他在广义相对论公式取得最终突破的三年前,爱因斯坦写下了一条对光线偏折 (deflection of light)极为重要的后果之一的简明描述:(几何)引力透镜(gravitational lens)的可能性。这种透镜由质量M组成,质量M使远处的光源S发生光线偏折,使得光沿着两条不同的路径到达观察员O。因此,观察员O将会看见S的两个不同图像。

两幅图像之间的角度取决于物体的质量以及源、质量和观察者之间的距离;这不能有任何差错,因为如果两颗恒星不能精确地对准那么就不能产生从地球上可观测到的双重图像。事实上,1919年的日全食观测就证实了引力透镜和广义相对论。

现在你已经看到了,有质量的物体是如何改变时空的曲率的,光是如何在时空中移动的,然后简单地遵循已被创建的曲线;重力并不是弯曲的光。

目前,引力透镜(gravitational lensing)是天体物理研究中一个非常活跃的领域。自1983年在法国列日举行第一次专门讨论引力透镜的会议以来,每年都有类似的国际会议。

克里斯蒂娜.李很好地回答了这个问题。

根据爱因斯坦的狭义相对论,没有实验能告诉密闭室中的他或她是处于静止状态,还是做着匀速直线运动。但任何偏离匀速运动的情况都是很明显的。所以爱因斯坦其实是做了一个思维实验。

他把自己放在一只火箭(封闭的舱室)里,把它放在远离任何引力物质的地方。在这样一个地方,所有没有固定在墙上的东西都会自由地漂浮在房间里。现在,火箭通过启动发动机在某个方向上面加速。所以所有的漂浮物和爱因斯坦都会“掉”到靠近马达的墙上(这和一个人因为汽车的加速而被推到座位上的情形是一样的)。如果火箭的加速度等于重力引起的加速度,火箭内的每个人都会认为火箭在地球表面。

让我们在这个加速系统中做另一个实验。火箭中的一个观察者有两个球体,一个是铁的,一个是木头的。让他同时释放他们。他们两个会同时撞到“地板”(靠近马达的墙壁)。这是在任何行星上发生的事情(由于大气层而忽略了任何阻力)让我们看看这个结果背后的原因。当观察者握住球体时,它们处于加速运动中。他一释放了它们,它们就获得了火箭在释放瞬间的速度(任何与火箭身体接触的物体都会有火箭的速度,只要它是接触的)。这很明显。但任何东西一与火箭的身体断开,它就会获得火箭在断开时的速度。

现在这些球体在火箭前进的方向上有着相同的速度。但它们和火箭的身体是分开的。所以没有力(因为马达)作用在它们上面。但火箭仍在加速,它的速度也仍在增加。因此,一段时间后,“地板”(即靠近马达的墙壁)将超过这些球体并同时击中它们。但一个释放球体的观察者会看到它们“坠落”到“地板”上,并同时击中它。所以他将应用伽利略的自由落体定律来确认火箭内部有一个引力场。如果他不知道自己在火箭里,他就会证实火箭还在地球上。因此,在加速或非惯性参考系(我们的火箭)内进行的观测与在地球表面进行的观测相同。

所以等效原理(Principle of Equivalence)说(在我们加速火箭的情况下)观测者无法区分他的火箭是在均匀的引力场中还是在加速的参考系中。爱因斯坦说,等效原理是物理学中的普遍原理,甚至光学和电磁现象都遵循这一原理。

让我们在加速火箭里做另一个实验。

在火箭的左壁装上一个光源。如下图所示,在左右墙之间安装一系列荧光板。现在一个光源向右边的墙发出一束光,我们想在火箭加速时用这些荧光板观察光的路径。

P1,P2,P3P1,P2,P3代表荧光板。光束将在某个时间 t1t1 到达 P1P1 位置 l1l1 ,并在那里产生荧光点。在时间 t2t2,它将在位置 l2l2击中 P2P2。最后在 t3t3时,它会在底部碰到 P3P3。随着火箭的加速,垂直距离l3 l2l3 l2将大于l2 l1l2 l1。时间间隔 t2 t1t2 t1和 t3 t2t3 t2相同。光的路径是弯曲的(抛物线)。

这里,应用的逻辑与实验中的逻辑相同,两个球体“落”向“地板”并同时击中它。假设我们的观察者不知道他在火箭里。所以他将确认他在地球表面,光束在引力场中弯曲。如果我们把等效原理作为物理学中的一般原理,那么来自遥远恒星的光经过太阳时也应该弯曲。这是爱因斯坦在1919年提出的,埃丁顿通过观测日食附近恒星的位置证实了这一点。因此,引力场和加速系统的等价性被证明是正确的,光在引力场中是弯曲的。

参考资料

1.维基百科全书

2.天文学名词

3. Sumit Joshi—荒与

https://new.qq.com/omn/20190922/20190922A0796H00.html