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如果光没有质量,为什么它会受到引力的影响?

如果光没有质量,为什么它会受到重力的影响,例如它会被黑洞吞噬?

考虑这个问题时,可以用到两种方法(更准确来说,是让我尝试用两种方法):

1. 重力的来源不是静止质量,而是能量。对大多数物体来说,质能占主导地位,牛顿认为并称之为“质量”。光子是有能量的。

2. 由E=mc2得出,光子确实有动能质量。“动能质量”这个术语现在已经过时了,但几十年来许多物理学家都是在这一术语影响下来看待光子的。

黑洞(图源:维基百科)

如果光子是无质量的,那么物理学家真的不知道该如何回答“为什么光会受到重力影响”这个问题。是的,光子是有质量的,否则很多理论就都说不通了。但这并不能回答光是如何与引力场相互作用的。

更糟糕的是,物理学家不知道质量是如何产生引力场的。说质量弯曲时空不算是一个答案…质量弯曲时空的机制是什么?如果时空弯曲,那么它又是由什么组成的?

如果质量会弯曲时空,当质量消失时,时空又如何恢复平坦(图源:腾讯网)

《戈登的万物理论》解释了时空的构成及其结构。书中解释了光子和电子分别是什么及它们的内部能量构造。这给奠定了整个物理学基础的模型提供了一个前所未有的角度。

上帝实体论:戈登的万物理论(图源:万物理论文字出版社)

光包含E1能量(参见其他关于能量等级和上帝方程式的帖子)。时空是由E0能量组成的。根据戈登的万物理论定义,光速是能量必须通过能量的速度。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。如果一个光子的一侧有较多的能量,那么它的移动速度会相对变慢,并且它会向能量较大的一侧弯曲。

上帝物理方程式(图源:壁纸旅行)

我们永远无法体会相对光速的变化和我们所拥有的E0能量的变化。这就是我们可以得到迈克尔逊-莫雷实验结果的原因。然而,质量代表E2能量和粒子能量(包括质量在字面上和物理上的无限延伸)。在光子的时空路径上,什么类型的能量并不重要;它可以是E0、E1或E2能量。引力场是由E2能量与时空E0能量共存而产生的。

迈克尔逊-莫雷实验(图源:优兔)

当光子通过一个有引力场的区域时,它是通过E2能量运动的。如果沿着光子的路径横向有一个E2能量梯度,那么在E2能量较高的一侧,光子的速度会相对较慢,并且其路径会弯曲。

所有这些回答都与弯曲时空的广义相对论原理有关,但它实际上却简单得多。伽利略可能会这样回答:这是锤子和羽毛问题(在这里,羽毛代指光子)。

这是1971年在月球上的演示:

伽利略很清楚,受重力影响的物体,无论其质量如何,其加速度都是一样的。

现在假设我向太阳扔了一把锤子(但是稍微偏向一侧,以免它撞到太阳表面)。再假设投掷的速度是光速。当它经过太阳时,它的运动会受到太阳引力的轻微影响。用比第一个小100倍的锤子重复以上实验。太阳引力对实验会有影响吗?不会,参见“锤子和羽毛”原则。无论质量如何,引力都会以同样的效果加速所有物体。用比第二把轻10万亿倍的锤子重复以上实验,你会看到与第一次实验相同的结果。继续实验,在没有质量极限的条件下,被抛向太阳的粒子仍然会因太阳引力而偏转。

在牛顿物理学中,人们常说引力不能影响无质量粒子,因为牛顿认为万有引力与质量的乘积成正比。零质量意味着零重力。但这只是一个数学体系的幻觉。我们只关心加速度,当万有引力方程式与牛顿第二定律相结合时,落体的质量就会抵消。这就是牛顿公式解释质量无关紧要这一简单事实的方式。不管测试粒子的质量有多小,产生的加速度都是一样的。如果你以接近光速将战舰、锤子、低能电子和无质量光子抛过太阳,你会发现它们都以完全相同的小角度发生偏转。

牛顿和万有引力的故事(图源:百度知道)

并不是时空的曲率保证了无质量粒子和有质量粒子一样受到引力的影响,而是等效原则。万有引力像参考系的加速度一样影响所有的运动。锤子和羽毛以同样的加速度落下。光子也是。区别在于光子总是以光速运动,所以“下落”对其运动的影响通常只是轻微的偏转。

爱丁顿实验(图源:发现杂志)

最后,值得注意的是,牛顿的万有引力理论虽然确实预测了光因太阳而发生的偏转,但却把这个数字弄错了2倍。当爱丁顿在日食期间观测到太阳引力使星光偏转,世界为爱因斯坦引力理论的证明而欢呼时,这一切归结为这个“2倍”。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…

参考资料

1.维基百科全书

2.天文学名词

3. quora- LindaF

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转载还请取得授权,并注意保持完整性和注明出处

翻译:天文志愿文章组- LindaF

审核:天文志愿文章组-

终审:天文志愿文章组-PN结

排版:天文志愿文章组-零度星系

美观:天文志愿文章组-

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3.原文来自:https://www.quora.com/If-light-has-no-mass-why-is-it-affected-by-gravity-3

必须保留原文链接!!,请自行插入原文链接

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