Lực hấp dẫn?
giữa vật chất và ánh sáng có tồn tại lực hấp dẫn không vì sao
khoa học
Ánh sáng có khối lượng bằng 0, vì vậy nó sẽ không tương tác hấp dẫn.
Nhưng ánh sáng lại đi theo đường cong khi đi ngang qua một vùng có mật độ khối lượng lớn, như rìa lỗ đen, rìa của các ngôi sao hay cả rìa của những hành tinh. Điều này đã được kiểm chứng bằng các quan sát và đối chiếu với mô phỏng quang học. Người ta gọi đó là thấu kính hấp dẫn được tạo ra từ vật chất có khối lượng.
Điều này dẫn đến kết luận không gian bị khối lượng bẻ cong đi, chứ không phải photon bị hấp dẫn.
Tuy nhiên, theo thuyết tương đối rộng, thì năng lượng cũng có thể bẻ cong không gian. Điều này có nghĩa rằng năng lượng cũng giống như khối lượng vậy. Và ngay trong thuyết tương đối hẹp cũng thể hiện mối tương quan của khối lượng và năng lượng.
Vậy, photon tuy không mang khối lượng, nhưng nó có năng lượng = hf. Đương nhiên nó sẽ có thể bẻ cong một phần không gian nhỏ xíu nào đó theo thuyết tương đối rộng. Và đương nhiên điều này làm cho bản chất của photon tuy không mang khối lượng nhưng lại giống như một hạt có khối lượng bằng m = hf/c^2. Và đồng thời, có thể sử dụng m này để tính toán lực hấp dẫn tạo ra quỹ đạo cong của photon trong trường hợp nêu trên. Hay nói cách khác, có thể coi photon cũng bị hấp dẫn vì nó có năng lượng mà vẫn không làm thay đổi các tiên đoán và kiểm chứng qua thấu kính hấp dẫn.
Tuy nhiên, để xét kỹ trường hợp này, chúng ta tưởng tượng thay photon bằng một vật có khối lượng m'=m=hf/c^2. Khi đó, vận tốc của m' khi rời xa khu vực thấu kính hấp dẫn sẽ thay đổi do trọng lực. Còn với photon thì không.
Để thoả mãn sự tò mò thêm nữa, chúng ta tiếp tục lập luận. Nếu photon bị hấp dẫn, thì vận tốc của nó sẽ thay đổi. Thế nhưng, theo Einstein thì vận tốc ánh sáng là hằng số.
Thí nghiệm Pound-Rebka (thí nghiệm ánh sáng rơi tự do) phát hiện ra rằng năng lượng của photon bị thay đổi khi chịu tác dụng của trường hấp dẫn, nhưng vận tốc của nó không đổi, đương nhiên bước sóng của nó sẽ thay đổi. Vì vậy Einstein vẫn bảo vệ được lập luận của mình. Vì vận tốc ánh sáng không đổi, có nghĩa rằng photon đã không bị gia tốc. Và lưu ý rẳng, khi ánh sáng đổi hướng (do trọng lực mà không phải do không gian cong) có nghĩa rằng nó đã bị gia tốc. Và thí nghiệm Pound-Rebka đã cho thấy ánh sáng đã thay đổi màu sắc. Khá bất ngờ là năng lượng chênh lệch khi ánh sáng thay đổi bước sóng đó trùng khớp với tính toán thế năng khi coi ánh sáng có khối lượng m=hf/c^2.
Nên nói một cách chính xác thì photon có chịu tác động của trường hấp dẫn thì đúng hơn.
Nguyễn Hữu Hoài
Ánh sáng có khối lượng bằng 0, vì vậy nó sẽ không tương tác hấp dẫn.
Nhưng ánh sáng lại đi theo đường cong khi đi ngang qua một vùng có mật độ khối lượng lớn, như rìa lỗ đen, rìa của các ngôi sao hay cả rìa của những hành tinh. Điều này đã được kiểm chứng bằng các quan sát và đối chiếu với mô phỏng quang học. Người ta gọi đó là thấu kính hấp dẫn được tạo ra từ vật chất có khối lượng.
Điều này dẫn đến kết luận không gian bị khối lượng bẻ cong đi, chứ không phải photon bị hấp dẫn.
Tuy nhiên, theo thuyết tương đối rộng, thì năng lượng cũng có thể bẻ cong không gian. Điều này có nghĩa rằng năng lượng cũng giống như khối lượng vậy. Và ngay trong thuyết tương đối hẹp cũng thể hiện mối tương quan của khối lượng và năng lượng.
Vậy, photon tuy không mang khối lượng, nhưng nó có năng lượng = hf. Đương nhiên nó sẽ có thể bẻ cong một phần không gian nhỏ xíu nào đó theo thuyết tương đối rộng. Và đương nhiên điều này làm cho bản chất của photon tuy không mang khối lượng nhưng lại giống như một hạt có khối lượng bằng m = hf/c^2. Và đồng thời, có thể sử dụng m này để tính toán lực hấp dẫn tạo ra quỹ đạo cong của photon trong trường hợp nêu trên. Hay nói cách khác, có thể coi photon cũng bị hấp dẫn vì nó có năng lượng mà vẫn không làm thay đổi các tiên đoán và kiểm chứng qua thấu kính hấp dẫn.
Tuy nhiên, để xét kỹ trường hợp này, chúng ta tưởng tượng thay photon bằng một vật có khối lượng m'=m=hf/c^2. Khi đó, vận tốc của m' khi rời xa khu vực thấu kính hấp dẫn sẽ thay đổi do trọng lực. Còn với photon thì không.
Để thoả mãn sự tò mò thêm nữa, chúng ta tiếp tục lập luận. Nếu photon bị hấp dẫn, thì vận tốc của nó sẽ thay đổi. Thế nhưng, theo Einstein thì vận tốc ánh sáng là hằng số.
Thí nghiệm Pound-Rebka (thí nghiệm ánh sáng rơi tự do) phát hiện ra rằng năng lượng của photon bị thay đổi khi chịu tác dụng của trường hấp dẫn, nhưng vận tốc của nó không đổi, đương nhiên bước sóng của nó sẽ thay đổi. Vì vậy Einstein vẫn bảo vệ được lập luận của mình. Vì vận tốc ánh sáng không đổi, có nghĩa rằng photon đã không bị gia tốc. Và lưu ý rẳng, khi ánh sáng đổi hướng (do trọng lực mà không phải do không gian cong) có nghĩa rằng nó đã bị gia tốc. Và thí nghiệm Pound-Rebka đã cho thấy ánh sáng đã thay đổi màu sắc. Khá bất ngờ là năng lượng chênh lệch khi ánh sáng thay đổi bước sóng đó trùng khớp với tính toán thế năng khi coi ánh sáng có khối lượng m=hf/c^2.
Nên nói một cách chính xác thì photon có chịu tác động của trường hấp dẫn thì đúng hơn.