首先不知樓主有沒有系統讀過廣義相對論,還是僅限於看科幻科普

簡單回答一下,在廣義相對論中,「引力」並非一種力,而是時空彎曲,或者說時空幾何效應

蘋果為何加速下落,星球為何公轉,全因為時空的【幾何形態】因物質能量的存在,與【平直時空】發生了偏離導致的。該偏離由曲率張量描述。

為什麼時空形態變化,物體運動軌跡就成那樣了?因為,樓主肯定知道牛頓第一定律,自由粒子做勻速直線運動。

在廣義相對論中,上述定律,僅僅是時空形態【平直】並選取一定坐標系(慣性參考系)的特殊結果。若時空形態是任意的,普適的描述是:自由粒子沿短程線運動。

【短程線】,顧名思義,兩點之間距離最短的線。

時空若本身平直,也就是曲率張量為0,可證明必可建立閔氏坐標系(慣性系),該系中,這根4維的短程線,寫成三維空間坐標與時間坐標的方程,正是勻速直線運動方程。

時空若本身彎曲,可證明不可能建立全局的慣性坐標系,其適配的【度規】則是非閔的,該時空兩點距離(4維間隔)的度量規則與慣性坐標系不同。從而把短程線方程再寫成觀測者【測得的】三維距離與【測得的】時間關係後,該方程則和勻速直線運動方程不同

為什麼不能用坐標,樓主學過廣義相對論就知道,廣義坐標變換下,坐標只是事件標記,度量意義有待導出,我們說物體在我看來如何運動,其實是我這個觀測者的【測量他離我的距離】與【測量他運動過程花的時間】的關係

因此,說光線在引力場的偏離,其實就是說光線在彎曲時空中傳播軌道與平直時空中發生偏離。如何偏離呢?光在任意時空任意坐標系,都是走dS(間隔)為0的類光測地線(短程線),只不過該dS=0方程中,dS是關於坐標和【度規】的表達式,時空形態不同的情況下,選擇同樣性質坐標系,比如都選極坐標系,將得到不同的【度規】,因此光的傳播軌道和平直時空是不同的。

具體請樓主系統學習廣義相對論

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再補充一下,便於樓主理解

為什麼,彎曲時空中,你有可能看見被一個星球擋住的【背後】的恆星

我們說【背後】,無非是選擇一個坐標系,其遠處星球與你(觀測者)的連線,穿過了中間的某個事件集合(比如一個星球)

但這個「連線」,可以連直線,也可以連曲線

連直線時穿過,連曲線可以繞過

在平直時空,光的【短程線】是直線

在彎曲時空,光的【短程線】也是直線

但後者這根「直線」,坐標系的度規是不同的,是不同於慣性坐標系度規定義出的「直線」

而上文對「背後」的定義,是把該時空作為平直的狀態考察的「背後」

在彎曲時空,建立比如極坐標系,由於得到的【度規】不同,光從背後,繞過恆星到達你眼睛,這個路徑反而是最短的【四維間隔】,即「直線」(光更特殊的一點在於它軌道上的四維間隔總是0,即一條類光曲線)

因為你「看到」,其實是光到你視網膜後,信號傳到視覺中樞處理的「感覺」。你大腦里對外部世界的成像,實際上是根據到你眼睛的入射光線夾角,按照「平直空間」的模式來成像。所以,你看到「背後」的星球卻在旁邊。

這也叫「引力透鏡」效應,實質是時空彎曲導致的


引力不是力而是彎曲時空

光在彎曲時空偏折的原因是克氏符 [公式] 在彎曲時空坐標系的分量一般不為0

所以測地線方程 [公式] 不再是直線方程 [公式]

解出來類光測地線軌跡自然就不是直線


引力場使得時空彎折,非均勻介質裡面光當然是彎曲傳播的


霍金在巜時間簡史》里巳有很好的闡釋,不妨去看看。


廣義相對論解釋是空間彎曲的原因,並且預測很準確。當然按照經典折射原理的方式去考慮的話,需要去測量太空中不同引力區間的磁導率與介電常數,才能去確定到底是介質原因還是空間原因。


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