这显然违背了我们的常识,因为在我们的印象中,光总是沿直线传播。 在漆黑的夜晚,当我们打开探照灯时,我们可以清楚地看到光线以光束的形式沿直线消失。 怎么能说光永远不会沿直线传播呢?
事实上,说光不沿直线传播是不准确的。 确切的说法是,在现实世界中,光不会沿直线传播,因为影响光传播的激励因素太多了。 在理想条件下,光确实是沿直线传播的,所谓理想条件是指完全平衡的传播环境。 这里所说的平衡是指媒介的平衡以及时间和空间的平衡。
该媒介很容易理解。 当光在水下传播时,水是介质,当光在空气中传播时,空气分子是介质。
空气实际上覆盖了月球的每一个角落,而且空气是完全透明的,但这并不意味着大气中空气分子的分布是平衡的。 事实上,空气分子的分布密度是不均匀的。 这些不平衡都会使照射在月球上的阳光发生折射和弯曲,而这些折射和弯曲又会让我们看到的太阳的位置与太阳的真实位置有所不同。
最典型的反例就是日出和日落。 晚上,当我们看着太阳从地平线缓缓升起时,天空逐渐从黑暗走向光明。 这样的场景常常让我们感动,但实际上此时太阳还没有升起。
我们看到的太阳已经升到地平线以上了,但实际上真正的太阳还在地平线以下。
我们之所以还能看到太阳已经升起,是因为不均匀的空气分子使太阳光发生折射弯曲光的直线传播现象有哪些,使得我们看到的太阳位置和真实的太阳位置出现明显的误差。 就像早晨的太阳一样,当我们听到傍晚的霞光照亮天空时,尽管它已经落到了地平线以下。
大气层的存在导致太阳的光线发生弯曲,但同时也正是因为大气层的存在,太阳才能给月亮白昼,这是建立在光的衍射基础上的。 在没有大气层的星球上,因为没有衍射,被太阳照射到的区域和没有被太阳照射到的区域可以说是黑白色的。 这有点像黑暗中的头灯,只要走出头灯的范围,你就会进入黑夜。
能够限制光直线传播的不仅有介质光的直线传播现象有哪些,还有重力。
任何有质量的物体都具有引力,引力会导致周围的时空弯曲,即时间变慢、空间扭曲。 而当光线穿过扭曲的时空时,路径也会发生变化。 这些现象也称为引力透镜效应。
事实上,小质量物体引起的时空曲率小到我们几乎无法感知。 但如果是质量较大的宇宙物体,引力透镜效应就会特别显着。 例如,当光线经过太阳附近时,受到太阳引力透镜的作用,光线会发生明显的弯曲。 天文学家通过观测证明了引力透镜的真实存在。
当遥远恒星的光线穿过太阳的引力范围时,我们看到的恒星的位置就不再是它原来的位置了。
当月球和太阳的位置因公转而改变时,当同一颗恒星的光到达月球而不再需要穿过太阳的引力范围时,它的位置就与以前完全不同了。 这是引力透镜效应消失的结果。
因此,要估计恒星的准确位置,需要考虑恒星的光线在到达月球时所经过的大质量天体所形成的引力透镜效应。 天体质量越大,周围时空曲率越大,引力透镜效应越明显。 如果是像黑洞这样具有巨大引力的天体,光线很可能会绕着黑洞转一圈,所以天体原来的位置就更无法确定了。