多大的引力能約束光（既然引力對光有作用）

2023-04-19 09:14:57 1

光沒有質量。經歷了多年的混亂，物理學家們現在對質量是什麼不是什麼的界限很嚴格。質量是一個物體靜止時的一種恆定不變的性質（相對於測量而言）。光（光子）不能靜止所以就不能有質量，但是它卻有能量和動量。

由E=mc^2 和 E=hf這兩個等式的「明顯」的推演所帶來的「表觀」或「等效」質量(就光子而言)的概念已經被拋棄了，因為現在有了更好的方法來理解狹義相對論和廣義相對論方程中到底發生了什麼（那就是能量守恆定律和動量守恆定律的代數不變性的幾何表現）。

就引力而言，任何出現在愛因斯坦方程右邊的物體，尤其是那些在應力能張量中不僅能夠對引力有響應並且能夠自己產生引力效應。

在牛頓的引力公式中，質量密度是引力的重要考量因素。

在愛因斯坦更為一般的理論中，質量僅僅只是方程的一部分，它被作為引力的「產生的原因」而推廣到能量密度，靜止質量就是其中的一種形式。因此，光子之所以收到引力的影響是因為它們的能量，但光子本身並沒有質量。

這是對光子的一種非常真實並且可以測量的影響，這種影響是牛頓不太普遍的引力理論所無法預測到的。

引力是獨立於質量存在的（除非它是由質量或能量引起的），這正是愛因斯坦在構建廣義相對論時的偉大見解。無論質量如何，所有的物體都有著相同的加速度。根據廣義相對論，是沒有辦法去區分引力場和加速系統（局部）的。這就是為什麼光會在引力作用下彎曲的原因，這也解釋了空間和時間為何彎曲。

根據廣義相對論，引力只不過是由於某些巨大的質量而引起的時空彎曲，或者更準確地說是扭曲。把它想像成一個在蹦床中央而引起蹦床彎曲的一個球。如果你在蹦床上繞著重球滾動一個小球，那麼小球最終會滾動著和重球相撞。這是一個很好的想像引力的方法。你可以把時空想像成一個蹦床，太陽是太陽系中的「重球」，地球和其他行星是繞著太陽（「重球」）旋轉的小球。正如引力使時空彎曲一樣，光的路徑也會因此而彎曲。這就是為什麼任何光在接近巨大質量的物體的時候就會彎曲，因為光的路徑被大質量物體引起的時空扭曲所彎曲，就像剛才舉得蹦床的例子一樣。

光子這種攜帶著電磁能的粒子，也被稱為「光」，是沒有靜止質量的，也就是說當光子靜止的時候是沒有質量的。它只有相對論質量，即它以最大速度（3*10^8m/s）運行時獲得的質量。而光子總是以這種速度運動的。以任何能量運動的光子的相對論質量都可以由E=hv求得，其中v是光子運動的速度、h是普朗克常量。並且我們知道E=mc^2 pc，其中m是靜質量、c是光速（=3*10^8m/s）、p是粒子（這裡是光子）的動量（由m』c求得，m』是相對論質量）。現在把這兩個能量的關係式聯立等同起來，我們可以得到:

hv=pc

或者是 hv=m'c^2

或者是 m'=hv/(c^2).

所以引力對光的影響不是因為光有沒有質量，而是因為當光接近任何大質量的物體時，都會引起光的路徑的彎曲。