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「阿尔伯特·爱因斯坦」如果光线能被引力所扭曲，那是否意味着光也有质量？


根据爱因斯坦的广义相对论学说 ， 光线和其他事物一样 ， 都在同样的方式下被引力影响着 。 那是因为基于这条理论上 ， 我们不能再将引力归于力学一类的矢量中去 ， 而是要将它作为宇宙在“塑形”过程中的一个结果 。
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本文插图

图解：空间概念图
从牛顿的观点出发 ， 引力是任何有质量的物体对其他有质量物体产生的一种线性方向的力 。
他的研究分析表明 ， 其力的强度与两个相互吸引物体的质量乘积成正比 ， 与两者之间
距离的平方成反比 。 因此对一个苹果和地球来说 ， 它们都在相互吸引着对方向自己靠近 ， 只不过 ， 前者最终“落”败 。 既然光线（此处被理解成一种射线或光子）没有质量 ， 基于牛顿的方程式 ， 它自然就不会因引力被任何物体吸引 ， 无论对方有多巨大 。
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图源：baidu
而对于所有研究者来说始终如一的是 ， 想要构建一个新的理论框架 ， 就必需从原来固有的一些独立参考架构中脱离 。 爱因斯坦就打破了上述对引力的看法 ， 并提出了一种全新的理解方式 。 据此言 ， 所有有质量的物体都在改变着时空的曲率 ， 即宇宙的四维构造 ， 物体沿着已形成的曲线穿梭于时空之间 。
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图解：引力三维概念图
因人类的大脑不擅长从四维的角度去构想事物 ， 所以我们经常借用三维打比方 。 比如把时空想象成一张没有物体作用力就平坦舒展的橡胶片 。 如果我们放置类似于恒星般巨大的物体在这个空间 ， 它就会在这个橡胶片上压出一个凹陷或者浅坑 。 小行星掠过恒星时也不会沿着薄片原有的直线 ， 而是会随着凹陷处弯曲 ， 产生新的运动轨迹 。 如果一个物体的运动速度恰好合适 ， 它可能会被吸住 ， 随后如同球绕着轮盘一般 ， 围绕着它的恒星运行 。 至此爱因斯坦关于这条学说的猜想都与牛顿一致 ， 但如今却出现了一个巨大的分歧点----如果光穿梭于这张时空的橡胶片 ， 它会沿着恒星早已捏塑好的轨道拐弯 。
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事实上如果那些坑够深 ， 其壁垒足够陡峭 ， 光线就可能跌入其中并再也无法逃脱（即我们所说的黑洞） 。 牛顿并没有注意到这点 ， 因为这需要极其巨大的物体来使光线这等行进速度极快的物质产生能让我们注意到的弯曲 。 这也是为什么我们至今依然使用着牛顿的方程式 ， 毕竟在大多数情况下它都适用 。 但是实验已经表明牛顿的理论是不正确的 ， 正如爱因斯坦所推测 ， 光线会被有质量的物质吸引 。
根据牛顿引力学 ， 光线不会被引力影响 ， 因为它并没有质量 。 爱因斯坦的质能方程E （能量）= m（质量）c（光的速度）^2果断表明了光线会被引力所影响 。 事实的确如此 ， 通过引力透镜以及其他效应实验便可观察到 。
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图解：引力透镜概念图
广义相对论（GR）中有关光线的概念在早期是从麦克斯韦的电磁等式和比安基恒等式中体现出来的 。
dF = 0
以及
d*F = 0
此处d为外导数 ， F为2型场强 ， *为霍奇对偶算子 。
描述光射线以及光锥最简单的方式就是通过几何光学 。 与之相类似的 ， 电磁场便可被表述成一个缓慢变化的振幅和一个快速变化的相位 。
将其套用于在麦克斯韦的方程 ， 我们就能发现光沿着零测地线传播（ds＝0） ， 光波矢和光偏振也同样如此 。 其振幅也随着光束的聚焦或发散而变化 ， 色散关系为k


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