光從來都不是按照直線傳播的。
這似乎有違我們所知的一般常識,因為在我們的印象中,光似乎一直都是按照直線傳播的。在黑夜中,我們打開手電筒,可以清晰的看到光以光柱的形式沿直線向遠方而去,怎麼能說光從來都不是按照直線傳播的呢?
的确,說光并非按照直線傳播似乎并不準确,準确的說法是在現實世界中,光無法按照直線傳播,因為影響光線傳播的因素實在是太多了。在理想的條件下,光的确是按照直線傳播的,這個所謂的理想條件就是指完全均衡的傳播環境。這裡所說的均衡即是指介質的均衡,也是指時空的均衡。
介質很好理解,光在水中傳播時,水就是介質,而光在空氣中傳播時,空氣分子就是介質。
空氣雖然遍布于地球上的每一個角落,且空氣是完全透明的,可是這并不等于大氣中的空氣分子的分布就是均衡的,事實上空氣分子分布的密度是不均的,這種不均衡就會使照射到地球上的太陽光發生折射式彎曲,這種折射式彎曲會使我們所看到的太陽位置與太陽真實所處的位置發生差别。
最為典型的例子就是朝陽和夕陽。早上,當我們看着太陽從地平線緩緩升起的時候,天空由黑暗逐漸走向光明,這番景象常常令我們感動,可事實上這個時候太陽根本就還沒有升起來。
我們看到的太陽已經升到了地平線之上,而事實上真正的太陽還在地平線以下。
我們之所以能夠看到太陽已經升起的景象就是因為不均勻的空氣分子使太陽光發生了折射式彎曲,這使我們所看到的太陽位置與真實的太陽位置出現了顯著的偏差。與朝陽相同,當我們看到将天空映得火紅的夕陽時,其實它已經跌落到地平線以下了。
大氣的存在使得太陽的光線發生彎曲,但同時也是因為大氣的存在,太陽才能夠賜予地球白日,這是基于光的衍射。在沒有大氣的星球上,由于沒有衍射作用,所以陽光照射的區域與未被照射的區域可以說是黑白分明。這有點類似于黑夜中的探照燈,隻要走出探照燈的範圍,便步入了黑夜。
能夠阻礙光沿直線傳播的不僅僅是介質,還有引力。
任何有質量的物體都具有引力,而引力會導緻周圍的時空發生彎曲,也就是時間變慢、空間扭曲。而光在經過扭曲的時空時,路徑也會改變。這種現象也被稱之為引力透鏡效應。
當然,小質量物體所引起的時空彎曲是很小的,小到我們根本無法察覺,但是如果是大質量的宇宙天體,引力透鏡效應就會非常明顯。比如光線經過太陽附近的時候,受到太陽引力透鏡的作用,光線會發生明顯的彎曲。天文學家早已通過觀測證實了引力透鏡效應的真實存在。
當遙遠恒星的光芒經過太陽的引力範圍之後,我們所看到的星星的位置其實已經不是其本來的位置了。
當地球通過公轉與太陽的位置發生變化之後,同一顆恒星的光芒到達地球不再需要經過太陽的引力範圍時,它所在的位置就與之前截然不同了,這就是引力透鏡效應消失折後的結果。
所以要計算一顆恒星的确切位置就必須要考慮這顆恒星光芒到達地球的路徑中所經過的大質量天體所産生的引力透鏡效應。天體的質量越大,周圍的時空彎曲也就越大,引力透鏡效應就越顯著,如果是像黑洞這樣引力巨大的天體,那麼光線很可能會圍繞黑洞轉圈,如此,天體的本來位置就更難以确定了。
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