光一直都直线传播，爱因斯坦说会被引力弯曲，爱因斯坦错了吗？

光直线传播这个事实应该在小学的科学课中就有说明了，假如你问小学生光是直线还是曲线传播时，他会明确告诉你是直线！但爱因斯坦又明确无误的告诉大家，光线会被引力场弯曲，并且在1919年的日食观测中证明，那么光线到底是直线传播还是曲线传播？

小孔成像表示直线是传播的

早在两千四百多年前的墨子就发现了小孔成像的秘密，他为学生们讲解了小孔成像的原理，并且指出光的直线传播这个成像的主要原因！此时要比古希腊亚里士多德在《论问题》中提到的小孔成像概念还要早100-200多年！

墨子关于小孔成像的记载

当然大家对小孔成像肯定也不陌生，大家一定都玩过，对于光的直线传播也记忆犹新！关于光直线传播的自然界中的阳光穿过云层后的漏光，或者朝阳穿过薄雾，甚至日食等等，都能非常直观的感受到光的直线传播！

漏光大片

漏光大片大家看了可不少，但估计天天看也没人去注意光是直线还是曲线传播，毕竟这种司空见惯的现象已经很难引起的大家的兴趣！

引力场弯曲光线

爱因斯坦在1916年发表了广义相对论，关于其推导过程是在有些复杂，咱吃瓜群众就不用纠结了！但其中的结论非常简单暴力，爱因斯坦认为牛顿关于时间与空间描述的绝对时空观错了：

牛顿认为时间和空间是分离的，天体在空间中通过以太传播的引力为纽带连接起来，构成一个庞杂的大网！在万有引力为基础拉普拉斯天体力学将太阳系各行星轨道计算的分毫不差，甚至勒维耶还因此计算到了海王星的准确位置，所以，牛顿经典力学错了吗？

当然，有一丝隐忧！在勒维耶计算出海王星轨道以后估计没事干，去计算了水星的轨道，结果发现观测和计算值在100年中差了大约38角秒，这是一个很小的值，但勒维耶非常较真，所以他根据经验应该有一颗水内行星影响了水星的轨道，这就是著名的水星进动问题，当然这颗行星不存在！

所以当爱因斯坦发表广义相对论后，第一个开刀的就是水星进动问题，广相认为引力是质量弯曲时空的表现，因此加入了时空弯曲后的水星进动计算值和观测值就相当吻合了，广相当然不会着眼于牛刀小试，它还有一个关于光线被大质量天体弯曲的预言！

也就是爱因斯坦那么好命，广相发表三年后就是1919年的日食，而且遮挡的是是毕宿星团的的亮星，特别容易观测，爱丁顿带队为爱因斯坦验证广义相对论的质量弯曲光线！

1919年日食弯曲光线示意图

结果当然是爱因斯坦的大获全胜，可惜即使验证了光线被弯曲又如何，1920年和1921年的诺贝尔奖并没有广义相对论的份，而爱因斯坦在1922年获得的是1921年的补发的物理奖，而且还是名不见经传的光电理论！

光不是走的最短路径么？为什么它在引力场中会走弯路？

这是一个很有趣的话题，其实在弯曲空间中最短的路线并非直线！其实即使在牛顿的万有引力理论中，光在引力场中仍然会走弯路，因为光子具有动质量，所以它会受到引力而弯曲！但弯曲程度比广相计算值小一半，因为经典力学中的绝对时空观空间和时间是分离的！

无论是光还是其它物体，在引力场中都遵循测地线的原则运行，因为在引力场中测地线最短，如果非得将它扳直了，那么它走的路程可能会更远！

当然这个特性也为天文学家打开了另一扇窗户，即通过引力透镜的方式来发现新的天体，因为遥远的星系可能很暗淡，但刚好在前景有一个质量比较大的星系，那么背景中的星系光线会被这个星系聚焦，而变得更加明亮！另一种可能是会形成爱因斯坦环或者十字架类似的虚影，非常有趣！

爱因斯坦环

爱因斯坦十字

相波超光速，曲线前进的光

最后提一个有趣的话题，关于德布罗意波，当年德布罗意童鞋写累篇论文，描述了电子运动时产生的波，论文的精髓是这样的：

电子的质量m赋予了它有一个内禀的能量E=MC^2，和普朗克量子公式E=HV就可以推导出电子会有一个频率ν=mc^2/h，所以电子有一个频率，它在前进的时候会有一个波，而电子以v0速度前进时候，这个波的速度等于c^2/v0，相信你可以计算出这个速度肯定是超过光速的，因为电子具有静止质量，因此不可能超过光速！那么就意味这个速度最低是光速，似乎没有上限？昏倒，超光速出现了！

德布罗意相波

上图中绿点的速度是群速度，表示电子真正的速度，而红点则表示相速度，可以很明确的看到红点速度明显高于绿点速度！不过相波不传递任何信息，所以爱因斯坦对此睁一只眼闭一只眼！

对于光子其实也一样，光一粒子形式出现时，它是直线传播的，但会受到引力场影响而弯曲！但当它以波的形式出现时，相波走的明显就不是直线，这会就很有趣了，因为还有干涉等各种好玩的光学现象出现，那么到此时，您认为光是直线传播的还是曲线传播的？