有一则广为流传的故事，说牛顿发现万有引力定律，是因为一颗落地的苹果砸中了脑袋而突然产生了灵感，虽然这则故事不一定是真的，但牛顿提出的万有引力定律却是人类的智慧高峰之一。

如果我们就苹果落地这一简单的现象来分析，因为万有引力的存在，使得苹果从高处往下坠落时，对于地面观测者而言，苹果的速度会变得越来越快。那么这种加速的现象是否也广泛存在于其它物体呢？比如光？

或许不少读者朋友都曾思考过这个问题，按照我们学习的万有引力定律来说，如果一束光朝着地球飞来，理应会在引力的作用下，速度越来越快，然而狭义相对论的一条基本原理——光速不变原理，似乎与这样的结论产生了矛盾，那么引力是否能使光加速吗？

在相对论的框架下，答案就不是一两句能说清的，或者说想要一两句说清也可以，但必须涉及一些新的理论名词，比如世界线、坐标速度等等，因此下面我们就尽量通俗的来解释一下这个问题（这里的通俗并不保证所有读者都能轻易看懂，相比于科普狭义相对论而言，这也是科普广义相对论难以越过的门槛，或者是我本人学艺不精吧）。

我们常说的光速不变原理，实际上是狭义相对论的理论基础，因为狭义相对论是广义相对论的特殊形式（即当时空不再弯曲时的情况），所以广义相对论中的光速不变原理就不再是简单的一句真空光速数值恒定就行（或者说这样的说法有些不严谨）。

在狭义相对论中，光速不变原理正确的解释是真空光速相对于任意惯性系为定值，一定要注意是惯性系，而巧合的是一般我们在平直时空中处理问题时，基本上都可以选择惯性系来分析问题，因此光速就成了一个定值。

而到了广义相对论，由于背景时空是弯曲的，只存在所谓的局部惯性系，因此整体而言光速的数值就成了一个变量，因为谈及数值势必需要一个坐标系来确定，而广义相对论中坐标系的选取是任意的，所以只从数值上来断定光速不变是否成立显的并不合理。

那么在广义相对论中光速不变原理又该如何表示呢？很简单，一句话：光子的世界线始终保持为类光线。

二维闵氏时空图，黄为光子世界线

那么什么是世界线呢？关于这一点不想深入的介绍太多（涉及几何语言，否则这篇文章就太长了），读者朋友们可以从平时的物体在空间坐标系中移动的曲线联想到再加入时间一维，这样画出来的曲线就是物体的世界线，而光子的世界线被单独的称为类光曲线。

光子的这种性质在狭义和广义相对论中都成立的，只要保证这条性质不被违背，即便求出来的坐标速度数值不再是我们常说的C值（约每秒30万公里）也不碍事。

就比如说在一个静态、球对称天体附近的时空中，我们称这个时空为史瓦西时空，利用史瓦西坐标系求出来的光速值就不再是一个常数，而是越接近天体表面，光速值变的越小。

但这样的数值又有什么意义呢？意义不大，因为之前也说了广义相对论中不存在什么优越的坐标系，而立足于不同坐标系求出来的光速坐标数值也是不一样的。

但如果你要亲身实地的去测量光速呢？考虑到人类身体的渺小，可以几乎肯定的回答，你在不同地方测得的光速是恒定（数值还是我们熟悉的C值），这就是所谓的光的固有速度，或者这样说，你在史瓦西时空任意一点测得的光速都是一个定值。

咱们理一下：

①如果你看重光速数值（坐标光速），那么可以认为引力能影响光速（但取决于你选的坐标系，但这个数值会随坐标系改变而改变，因此意义不大）②如果你有能力亲自去测时空中任意一点的光速，那么这个光速被称为光的固有速度，是一个定值，数值为C值③光的世界线始终为类光线，这一点无论是在狭义还是广义相对论中都成立，因此可以用这句话来替换光速不变原理

（注意：广义相对论中实际上是不存在牛顿式引力的，取而代之的是时空弯曲，所以文章当中提到的引力，大家不要误想，但考虑到科普文章，我们还是用引力一词比较方便）

难道引力真的不会对光产生任何影响吗？并不是，除了光子的类光性无法改变之外，光子在引力场不同位置时的能量却会产生差异，比如光子从天体表面飞出后，它的能量就会减少，如果可以的话，我们就会看到光变红了，也被称为引力红移，下篇文章将介绍这一现象。

本篇文章的内容到此结束。

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