在平展时空中,光束沿直线传播,换句话说就是:它沿着最短路径传播。
在广义相对论中,光束仍然沿最短路径。
这是光穿过不同介质时的一种常见的光学属性。
所谓最短的“光程”,实际上是最小振荡数或者最短时间,它导致了光束的弯曲,被称为折射;将一根棍子放在水中,当不与水面垂直时,看起来就是弯的。
而美丽的七色彩虹,也源于光到达空气或者水、玻璃这些表面时分裂为不同颜色。
所以我们用棱镜也能制作出小彩虹。
追根溯源,不同颜色的光有不同的振动频率,因此会各自寻找适合自己的最短光程。
将这个现象推广到时空中的物体:彗星光之所以被太阳折射,是它在沿着最短路程,以便最短时间内穿过深度空间,从太阳系的一边到达遥远的另一边。
地球上的观察者将彗星的弯曲轨道解释为太阳引力的作用。
而爱因斯坦坚持彗星光是自由下落的,事实上是静止并且不受力的。
因此,在平展空间中的飞行路径按牛顿理论看是一条直线,但在弯曲时空中就变成了曲线。
从理论上讲,人们可以用三束光构成一个三角形,通过它就能测量出时空的弯曲度。
在平展空间中我们习惯知道这个三角形的3个角度和是180°,但此时可能超过或不足180°。
考虑一个简单的例子,如果发出两束光,它们都向地心跌落,最终会和经度线一样交会到一起,而此时光束构成的三角形度数和就会大于180°;这就可以揭示空间被弯曲了,但“在什么里弯曲呢?”回顾一下,爱因斯坦最初的灵感