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如果光没有质量,那为什么又会受重力的影响?

今天小编为大家带来了一篇《如果光没有质量,那为什么又会受重力的影响?》的文章,感兴趣的读者朋友可以跟着小编一起看一看。

我们可以从两个方面来解释这一问题(其实还有更多原因,我先从这两方面下手):

重力并不是来源于静止质量,而是能量。对于大多数物体,其质能占据主导地位,牛顿称为质量。而光子是有能量的。

由E=MC2可知,光子确实有动能质量。“动能质量”这个术语在今天已经不常用了,但在过去几十年中,这一术语深深影响着诸多物理学家。

图片来自:Evannovostro

如果光子没有质量,那么物理学家们也真的不知道重力是如何影响光的。所以,光子是肯定有质量的,否则所有理论都道不清说不明了。但是,这没有解释清楚光子是如何与引力场相互作用的。

图片来自:scienceabc

更令人遗憾的是,物理学家们也不知道质量是如何产生引力场的,说是质量使时空弯曲不能算作是答案。如果时空弯曲, 那么是在什么机制下产生的,而它又是由什么组成的?

《戈登的万物理论》解释了时空的组成及其结构,还分别介绍了光子和电子以及他们的内部能量结构,这为奠定物理学基础模型提供了新角度。

光含E1能量(可参考能级和上帝方程式的相关内容),时空由E0能量组成。根据戈登万物理论,光速是能量必须通过能量形成的速度,时空中的能量越大,光速就越慢。如果时空中的E0能量增加,光速就会相对降低,如果光子的一边能量较多,那么它的速度就会相对变慢,并向能量较多一边倾斜。

即使我们身处时空之中,我们也永远无法体会到相对光速随时空中E0能量的变化而变化,于是迈克尔逊-莫雷实验应运而生。质量代表E2能量和粒子能量,这里的质量是指字面上与物理意义上的无限延伸。光子在时空路径上所历经的能量类型不重要,可以是E0,E1,或者是E2能量。引力场是在E2能量与时空E0能量的共同作用下产生的。

图片来自:Stannered/Wikimedia Commons

当光子行经引力场时,它正通过E2能量前进,如果这时在光子的路径上出现呈横向的E2能量梯度,那么在能量较高的一侧,光子的速度会相对较慢,其路径也会弯曲。

以上的回答都是利用广义相对论原理解释时空弯曲的,然而实际上并没有那么复杂,伽利略就曾说过:“这时锤子与羽毛的问题(只不过这里的羽毛代指光子)。

伽利略非常清楚,物体下落时受到重力影响,无论质量多少,其加速度都是相同的。

现在假设我将一把锤子以光速扔向太阳(角度稍偏一点,以免撞向太阳表面),锤子经过太阳时,受到太阳引力影响,运动轨迹会发生轻微偏转。接下来用比第一把小100倍的锤子,重复这个实验,那么太阳的引力会影响实验结果吗?当然不会,详情参考“锤子与羽毛”原理。无论质量如何,物体在引力的作用下加速度都是相同的。就算是用比第二把小10万亿的锤子重复这一实验,你看到的也与第一次的实验结果相同。继续实验,将近乎无质量的粒子抛向太阳,受到太阳引力的影响,这颗粒子的运动轨迹也会发生轻微偏转。

根据牛顿物理学,通常认为无质量的粒子不会受到引力的影响,因为牛顿认为万有引力与质量的乘积成正比,所以零质量也就意味着零重力。然而,这只是数学体系带来的错觉。我们关心的是加速度,以及万有引力公式与牛顿第二定律相结合时,下落物体的质量会抵消掉,这便是牛顿力学中所包含的简单的事实——质量无关紧要。无论测试粒子的质量小的多么离谱,产生的加速度都是一样的,即使以接近光的速度将战舰、锤子、低能电子以及无质量的光子抛向太阳,他们都会以相同的较小弧度经过太阳。

时空弯曲使有质量粒子受到引力影响,但无质量粒子并非如此,而是由于等效原则。引力就像加速度的参考系一样,会影响所有运动。锤子和羽毛以相同的加速度下落,光子也是如此,只是不同之处在于光子总是以光速运动,所以“下落”对其运动轨迹的影响也只是微乎其微的偏转。

最后,值得我们注意的是虽然牛顿的确预测到了光会受到太阳引力的影响,但得到的数据却偏差了1/2。爱丁顿在观测日食期间,观察到星光受到太阳引力的影响而发生偏折并对其进行测量计算,证明了广义相对论,从此爱因斯坦名声大噪,成为了具有世界性影响力的物理学家。这一切都要归结在“1/2”这个数字上。光发生偏转本身并不能证明什么,但偏转的具体大小却改变了世界……

1919年5月29日拍下的日全食(图片来源:F.W. DYSON, A.S. EDDINGTON, C. DAVIDSON)

作者: quora

FY: 夏月星系

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