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如果光沒有質量,那為什麼又會受重力的影響?

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匿名
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匿名  發表於 2020-9-6 09:43 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |閱讀模式
  重力並不是來源於靜止質量,而是能量。對於大多數物體,其質能佔據主導地位,牛頓稱為質量。而光子是有能量的。

  由E=MC2可知,光子確實有動能質量。「動能質量」這個術語在今天已經不常用了,但在過去幾十年中,這一術語深深影響著諸多物理學家。

  

  圖片來自: Evannovostro

  如果光子沒有質量,那麼物理學家們也真的不知道重力是如何影響光的。所以,光子是肯定有質量的,否則所有理論都道不清說不明了。但是,這沒有解釋清楚光子是如何與引力場相互作用的。

  

  圖片來自:scienceabc

  更令人遺憾的是,物理學家們也不知道質量是如何產生引力場的,說是質量使時空彎曲不能算作是答案。如果時空彎曲, 那麼是在什麼機制下產生的,而它又是由什麼組成的?

  《戈登的萬物理論》解釋了時空的組成及其結構,還分別介紹了光子和電子以及他們的內部能量結構,這為奠定物理學基礎模型提供了新角度。

  

  光含E1能量(可參考能級和上帝方程式的相關內容),時空由E0能量組成。根據戈登萬物理論,光速是能量必須通過能量形成的速度,時空中的能量越大,光速就越慢。如果時空中的E0能量增加,光速就會相對降低,如果光子的一邊能量較多,那麼它的速度就會相對變慢,並向能量較多一邊傾斜。

  

  即使我們身處時空之中,我們也永遠無法體會到相對光速隨時空中E0能量的變化而變化,於是邁克爾遜-莫雷實驗應運而生。質量代表E2能量和粒子能量,這裡的質量是指字面上與物理意義上的無限延伸。光子在時空路徑上所歷經的能量類型不重要,可以是E0,E1,或者是E2能量。引力場是在E2能量與時空E0能量的共同作用下產生的。

  

  圖片來自:Stannered/Wikimedia Commons

  當光子行經引力場時,它正通過E2能量前進,如果這時在光子的路徑上出現呈橫向的E2能量梯度,那麼在能量較高的一側,光子的速度會相對較慢,其路徑也會彎曲。

  以上的回答都是利用廣義相對論原理解釋時空彎曲的,然而實際上並沒有那麼複雜,伽利略就曾說過:「這是鎚子與羽毛的問題(只不過這裡的羽毛代指光子)。

  

  伽利略非常清楚,物體下落時受到重力影響,無論質量多少,其加速度都是相同的。

  現在假設我將一把鎚子以光速扔向太陽(角度稍偏一點,以免撞向太陽表面),鎚子經過太陽時,受到太陽引力影響,運動軌跡會發生輕微偏轉。接下來用比第一把小100倍的鎚子,重複這個實驗,那麼太陽的引力會影響實驗結果嗎?當然不會,詳情參考「鎚子與羽毛」原理。無論質量如何,物體在引力的作用下加速度都是相同的。就算是用比第二把小10萬億的鎚子重複這一實驗,你看到的也與第一次的實驗結果相同。繼續實驗,將近乎無質量的粒子拋向太陽,受到太陽引力的影響,這顆粒子的運動軌跡也會發生輕微偏轉。

  根據牛頓物理學,通常認為無質量的粒子不會受到引力的影響,因為牛頓認為萬有引力與質量的乘積成正比,所以零質量也就意味著零重力。然而,這只是數學體系帶來的錯覺。我們關心的是加速度,以及萬有引力公式與牛頓第二定律相結合時,下落物體的質量會抵消掉,這便是牛頓力學中所包含的簡單的事實——質量無關緊要。無論測試粒子的質量小的多麼離譜,產生的加速度都是一樣的,即使以接近光的速度將戰艦、鎚子、低能電子以及無質量的光子拋向太陽,他們都會以相同的較小弧度經過太陽。

  時空彎曲使有質量粒子受到引力影響,但無質量粒子並非如此,而是由於等效原則。引力就像加速度的參考系一樣,會影響所有運動。鎚子和羽毛以相同的加速度下落,光子也是如此,只是不同之處在於光子總是以光速運動,所以「下落」對其運動軌跡的影響也只是微乎其微的偏轉。

  最後,值得我們注意的是雖然牛頓的確預測到了光會受到太陽引力的影響,但得到的數據卻偏差了1/2。愛丁頓在觀測日食期間,觀察到星光受到太陽引力的影響而發生偏折並對其進行測量計算,證明了廣義相對論,從此愛因斯坦名聲大噪,成為了具有世界性影響力的物理學家。這一切都要歸結在「1/2」這個數字上。光發生偏轉本身並不能證明什麼,但偏轉的具體大小卻改變了世界……

  

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

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