Почему гравитация действует на свет? Разве свет имеет массу?

До 1905 года мировое сообщество считало,
что гравитация не действует на свет

Хотя задолго до этого Ньютон думал, что свет будет изгибаться
в гравитационном поле. Английский физик считал (на основе собственных наблюдений), что свет состоит из мельчайших частичек, которые называл корпускулами. У Ньютона не было оснований полагать, что частицы света не имеют массы.

Почему гравитация действует на свет? Разве свет имеет массу?

Иллюстрация: Public Domain /Опыт Юнга

После того, как Томас Юнг показал, что свет это волна в 1804 году
с помощью своего знаменитого эксперимента с двумя щелями, люди поверили, что гравитация на свет не влияет. Убеждение укрепилось
в 1860-х, когда Джеймс Максвелл показал, что свет движется всегда
с определённой скоростью — скоростью света. То есть, если свет действительно ведёт себя подобным образом, то ничто не может его ускорить, включая гравитацию.

Позднее на научную сцену вышел Альберт Эйнштейн. В 1905 году ему удалось продемонстрировать четыре ключевых момента.

Во-первых, броуновское движение. Это был первый случай, когда кто-то представил экспериментальные доказательства существования атомов
и молекул. За эту работу Эйнштейн получил докторскую степень
в университете Цюриха.

Во-вторых, фотоэлектрический эффект, при котором свет, падающий
на металл, заряжает его (именно так работает камера Вашего мобильного телефона), можно объяснить, предположив, что свет состоит из частиц, называемых фотонами. И что энергия фотона задаётся уравнением Планка: E=hf, где h — постоянная Планка, а f — частота света.

Почему гравитация действует на свет? Разве свет имеет массу?

Иллюстрация: Public Domain /Демонстрация фотоэлектрического эффекта

В-третьих, принцип Галилея, гласящий, что все скорости относительны, совместим с открытием Максвелла. То есть скорость света постоянна,
не зависит от движения источника или наблюдателя. В результате время
и пространство измеряются разными наблюдателями по-разному.
Эту идею мы называем специальной теорией относительности.

Читайте также:  Консервная крышка под микроскопом — космос

В-четвёртых, следствием СТО является эквивалентность массы и энергии, формула, которую знает каждый: E=mc².

Обратим внимание на второй и четвёртый пункты. E=hf и E=mc². Приравнивая два уравнения получаем: m=hfc².

Таким образом, Ньютон был прав. Свет действительно имеет массу, и его масса пропорциональна частоте. Но, как показал Галилей, ускорение, вызванное гравитацией, не зависит от массы объекта, поэтому весь свет равномерно отклоняется гравитацией.

СТО показала, что законы физики неизменны, не зависят от движения наблюдателя. Также СТО показала, как связаны измерения наблюдателей при относительном движении — до тех пор, пока движение остаётся неизменным. Однако не была затронута тема того, как это всё работает при ускорении наблюдателей. Эйнштейн потратил 10 лет на поиски ответа, результатом стала общая теория относительности.

Почему гравитация действует на свет? Разве свет имеет массу?

Иллюстрация: Public Domain / Крест Эйнштейна. Существование гравитационной линзы было предсказано теорией относительности Эйнштейна за десятилетия до обнаружения первой подобной в 1979 году.

Озарение пришло, когда Эйнштейн понял, что человек в свободно падающем лифте не почувствует собственного веса. Либо человек, находящийся в космическом корабле с ускорением 1 g, будет чувствовать себя так же, как человек, находящийся в модели корабля на поверхности Земли.

Эйнштейн предположил, что человек в предложенных условиях не сможет определить, где он именно находится, то есть не имеет значения то, откуда берётся ускорение. Так появился принцип эквивалентности.

Рассмотрим человека, стоящего в космическом корабле с ускорением 1 g, и предположим, что человек направляет лазерный луч на стену. Луч движется по прямой со скоростью света относительно системы отсчёта,
в которой луч покинул лазер. Эта система отсчёта не движется
и не ускоряется вместе с кораблём. В результате луч попадает не прямо
в то место, куда направлялся, а немного ниже.

Читайте также:  Почему на флагах стран не используется фиолетовый цвет?

Согласно принципу эквивалентности такое же отклонение светового луча должно наблюдаться в гравитационном поле. Это именно то, что мы видим.
Обязательно подписывайтесь, Вам также понравится:
Наблюдатель с Эвереста видит горизонт на расстоянии в 339 км. Земля должна изгибаться, но почему наблюдатель не видит кривизны?
Почему квантовая механика не может объяснить гравитацию?
Какой учёный первым доказал, что свет это волна?
Почему в Европе напряжение 220 В, в Японии 100 В, в Северной Америке 110 В? Почему в мире нет единого стандарта?

Источник

Нина Кузнецова
Главный редактор , youtesla.ru
Более 30 лет я занимаюсь наукой и технологиями. Товарищи советовали мне делиться самым интересным на просторах интернета. Изучение нового и неопознанного это моя жизнь, узнавайте самое интересное со мной.

Оцените статью
YouTesla.ru
Добавить комментарий