Гравитация воздействует на фотоны света, несмотря на то что они не имеют массы, благодаря искривлению пространства-времени, которое они должны преодолеть. Это явление описывается общей теорией относительности Эйнштейна и может быть проиллюстрировано несколькими ключевыми эффектами:
Искривление траектории
В присутствии гравитационного поля, например, рядом с большой массой, как звезда или планета, пространство-время искривляется. Фотоны, двигаясь через такое искривленное пространство, следуют по геодезическим линиям, которые являются кратчайшими путями в искривленном пространстве-времени. Это приводит к изменению направления распространения света, явлению, известному как гравитационное линзирование.
Гравитационное красное смещение
Когда свет излучается из области сильного гравитационного поля, например, с поверхности нейтронной звезды, его частота уменьшается по мере того, как он поднимается против гравитационного потенциала. Это приводит к увеличению длины волны света, что наблюдается как красное смещение. Математически это можно выразить через изменение частоты ν и гравитационного потенциала :
где — скорость света.
Замедление времени
В сильном гравитационном поле время течет медленнее, что также влияет на наблюдение света. Это означает, что часы, расположенные ближе к источнику гравитации, будут идти медленнее, чем часы, расположенные дальше. Свет, испускаемый в такой области, будет иметь более низкую частоту по сравнению со светом, испускаемым в области с более слабым гравитационным полем.
Эти эффекты демонстрируют, что гравитация может влиять на свет, изменяя его траекторию и частоту, даже несмотря на отсутствие массы у фотонов. Это одно из самых удивительных предсказаний общей теории относительности, которое было подтверждено множеством экспериментов и наблюдений.
