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光线弯曲是因为时空弯曲导致的吗?

是的,光线弯曲是因为时空弯曲导致的,反过来,光线弯曲能够反映出时空弯曲,这一切都与引力的本质有关。事实上,正是这个现象让爱因斯坦名扬天下。在牛顿的引力理论看来,引力是物体之间的一种相互吸引力。而广义相对论则提出了完全不同的看法,爱因斯坦的引力理论认为,任何具有质量的物体都会扭曲周围的时空,引力就是时空弯曲的表现。质量越大的物体造成的时空曲率越大,在其中的物体就会有更加明显的靠近趋势,表现出的引力作用越强。包括光在内的任何物体都会沿着被弯曲的时空运动,所以时空弯曲导致了光线弯曲。

然而,只有大质量天体才会造成较为明显的时空弯曲,并导致从该天体附近经过的光线发生一定偏转。在太阳系中,太阳拥有足够大的质量来较为明显地弯曲周围时空,使得光线偏转角度可测。虽然牛顿的引力理论也预言了光线偏转,但偏转的角度要小于广义相对论。广义相对论预测光线经过太阳附近时发生的偏转角度为1.75'',而牛顿引力理论的预测值为0.875'',后者刚好是前者的一半。因此,在广义相对论提出来没多久之后,英国天文学家爱丁顿决定通过实验来验证究竟哪种理论是正确的。

由于太阳发出的强光会遮蔽其背景星光,所以只有在日全食期间才有机会看到太阳附近的背景恒星。于是,在1919年日全食期间,爱丁顿对太阳附近的天空进行了拍照。然后,在半年之后,对准没有太阳的同一片天空再次进行拍照。通过对比恒星的位置偏差,就能算出星光经过太阳附近时的偏转角度。结果得到,广义相对论的预测值符合实际,表明爱因斯坦对于引力的描述是正确的。

后来,天文学家又发现了广义相对论预言的爱因斯坦十字等引力透镜效应,进一步证实了光线经过大质量天体附近时会发生明显的弯曲。

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