如果光子無質量，為何光受引力影響？

這是一個非常棒的問題 … 首先，愛因斯坦的廣義相對論回答了這個問題。 （劇透預警，光沿測地線傳播，測地線在人類日常生活中遇到的情況里大致相當于直線，但它們因引力而彎曲）。同時這也很有趣，因為光在某些意義上確實有“質量”（所以應受引力的影響…往下讀?。?/p>

在我們的日常經歷中，光似乎沿直線傳播，不受引力的影響。當然，光線可以在穿過兩種介質之間的交界處時發生偏折——想想光線在從空氣進入水時發生的折射，這正是造成一根插在一杯水里的草在交界處看似彎折的現象。 但是這種彎折并非引力性的，而是電磁性的。

然而，光在圍繞巨大的天體——如中子星和黑洞——傳播時，確實會彎曲。愛因斯坦的廣義相對論對此做出了解釋。

光經過巨大天體時，傳播路徑出現彎曲，使更遠處的天體看起來位置發生了偏移

圖源：NASA, ESA, and A. Feild (STScI)

我們對巨大的物體受引力影響都很熟悉。例如，想想圍繞太陽運轉的一顆行星。在行星移動時，一股向心力作用于它，彎曲了它的移動方向。沒有引力，這顆行星會沿直線運動。

太陽系行星沿橢圓形軌道繞太陽運行

圖源：UniverseToday

廣義相對論換了一種角度看待這種情況。物體并沒有被描述為沿著平直時空中的曲線移動，而是被描述為在彎曲時空中沿著特別的“線”移動。曲線是引力造成的結果。時空曲線被稱為測地線（又稱短程線），它們概括了對于彎曲時空而言直線的概念。

地球的質量彎曲了時空

圖源：Wikipedia

光也沿測地線傳播（稱為零測地線），光的路徑同樣被引力彎曲，盡管光并不具有任何質量。

目前還有一些更尖端的研究與此回答相關。有理由相信光本身亦彎曲時空，其方式與巨大物體彎曲時空的方式一樣。這有時被稱作是光的自重力（self-gravitation of light）。其概念是電磁波具有非零能量-動量張量，應該因此而彎曲時空，盡管程度小且方式奇怪。以此方式，廣義相對論的公式意味著，由傳播中的光造成的時空曲度應該影響到光的傳播本身。

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引力 (英文Gravity或gravitation，詞源拉丁語gravitas，含義是'重量')，是一種一切有質量或能量的物體——包括行星、恒星。星系，甚至光在內——相互吸引的自然現象。在地球上，引力使物體具有重量，月球的引力引起了地球上海洋的潮汐。宇宙中最初的氣態物質相互的引力造成宇宙開始結合，形成恒星——讓恒星組成了星系——因此引力是宇宙中許多大型天體的成因。引力的作用范圍無限遠，盡管其作用對越遠的物體越弱。

恒星的形成過程

圖源：Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF

引力最精確的描述來自廣義相對論（由阿爾伯特·愛因斯坦于1915年提出），該理論并沒有將引力描述為一種力，而是作為質量分布不均勻造成的時空曲率的結果。這種時空曲率最極端的例子是黑洞，任何物質——包括光——一旦越過黑洞的事件視界就不可能逃逸。

黑洞概念圖

圖源：ScienceNews

然而，對大多數應用而言，引力可以由牛頓的萬有引力定律得到很好的估算，萬有引力定律將引力描述為一種造成任何兩個物體相互吸引的力，這個力與兩者質量的乘積成正比，與兩者距離的平方成反比。

參考資料

1.維基百科全書

2.天文學名詞

3. 葉螢- forbes

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