Это замечательный вопрос… В первую очередь, на него отвечает общая теория относительности Эйнштейна. (Спойлер: свет движется по геодезическим линиям, которые являются примерно прямыми линиями в большинстве ситуаций, с которыми люди сталкиваются в повседневной жизни, но которые изгибаются под воздействием гравитации). Также интересно, что в каком-то смысле у света есть "масса" (и поэтому он должен подвергаться воздействию гравитации... читайте дальше!).
В нашей повседневной жизни мы видим как свет кажется движущимся по прямым линиям, не подверженным воздействию гравитации. Конечно, свет может преломляться, проходя границу разделения между двумя средами, например подумайте о свете, преломляющемся при переходе из воздуха в воду, что вызывает явление, из-за которого соломинка в стакане с водой кажется согнутой. Но это преломление не является гравитационным; оно электромагнитное.
Тем не менее, свет преломляется при прохождении рядом с массивными телами, особенно такими как нейтронные звезды и черные дыры. Это объясняется общей теорией относительности Эйнштейна.
Мы все знакомы с тем, что объекты, владеющие массой, подвержены воздействию гравитации. Например, подумайте о планете, вращающейся вокруг Солнца. По мере движения планеты на нее действует центробежная сила, искривляя ее траекторию. Без гравитации планета двигалась бы по прямой линии. Общая теория относительности предлагает другую точку зрения на это явление. Вместо описания объекта как движущегося по кривой в плоском пространстве-времени, объект описывается как движущийся по специальным "линиям" в искривленном пространстве-времени. Эта кривизна является следствием гравитации. Кривые, по которым движутся тела в пространстве-времени, называются геодезическими линиями, и они обобщают понятие прямых линий для искривленного пространства-времени.
Свет также движется по геодезическим линиям (называемым нулевыми геодезическими линиями), и поэтому траектории фотонов также изгибаются под действием гравитации, несмотря на то, что у света нет массы.
Существует еще более передовые исследования, связанные с этим вопросом. Есть основания полагать, что сам свет искривляет пространство-время таким же образом, как и массивные объекты. Это иногда называется самогравитацией света. Идея заключается в том, что у электромагнитной волны есть ненулевой тензор энергии-импульса, и поэтому она должна искривлять пространство-время, хотя и в небольшой и странной мере. Таким образом, уравнения общей теории относительности подразумевают, что искривление пространства-времени, создаваемое распространяющимся светом, должно влиять на распространение этого света.
Ставьте палец вверх и подписывайтесь на канал, чтобы видеть в своей ленте больше статей о космосе и науке!