Si un fotón no tiene masa, ¿cómo puede ser atraído por el Sol?

Para comprender correctamente lo que está sucediendo, debe comprender la relatividad general. Las partículas sin masa, como los fotones, viajan en geodésicas nulas y la masa dobla el espacio-tiempo para que las geodésicas nulas no sean líneas rectas. El problema es que ni tú ni tu profesor entienden la relatividad general, por lo que este no es un argumento muy convincente. Pero aquí hay un argumento para mostrar que los fotones son atraídos por la gravedad incluso en la gravedad newtoniana.

Si tienes una gran masa$M$atrayendo una pequeña masa$m$y la distancia entre las dos masas es$d$entonces la fuerza entre ellos viene dada por la ecuación de Newton:

Para obtener la aceleración$a_m$de la pequeña masa$m$usamos la segunda ley de newton$F = ma$entonces:

Tenga en cuenta que la masa del objeto pequeño se ha cancelado, por lo que la aceleración no depende de$m$en absoluto. Eso significa que un objeto sin masa como un fotón experimenta exactamente la misma aceleración que un objeto masivo. Entonces, incluso en la gravedad newtoniana, esperamos que la trayectoria de un rayo de luz sea desviada por la gravedad. De hecho, con algo de cabeza rascándose la ecuación para la deflexión esperada se puede derivar, y es:

dónde$d$es la distancia de máxima aproximación y$\theta_{Newton}$es el ángulo con el que se desvía el rayo de luz.

Como mencioné al principio, para describir correctamente el rayo de luz, necesitas la relatividad general y, al usar esto, encontramos que la desviación es en realidad el doble de lo que predice la gravedad newtoniana:

Lo que lees es correcto. No estoy seguro de si esas fueron las palabras exactas de su maestro, pero de acuerdo con la teoría general de la relatividad, el sol no "atrae" al fotón (ni a ningún otro cuerpo). De hecho, la gravedad ni siquiera es una fuerza real.

Permítanme exponer brevemente lo que la teoría de la relatividad tiene que decir acerca de la gravedad sin entrar en las complicadas matemáticas. Imagina que tratas de medir la distancia entre dos puntos en la superficie de la tierra. generalmente, la distancia más corta entre dos puntos es una línea recta. Pero debido a que la tierra es una esfera (más o menos) y, por lo tanto, la superficie es "curva", la distancia más corta entre dos puntos no es realmente una línea recta. De hecho, nunca se puede dibujar una línea recta sobre una superficie curva.

El Sr. Einstein dice que así como la superficie bidimensional de la tierra tiene una geometría, el "espacio-tiempo" de cuatro dimensiones también tiene una geometría. la geometría del espacio-tiempo es generalmente plana pero en la vecindad de un objeto con masa sustancial, la geometría es curva. Es la curvatura del espacio-tiempo lo que llamamos gravedad.

Sabemos por la mecánica clásica que un objeto en movimiento tiende a seguir moviéndose en línea recta con una velocidad constante. Esto también es cierto en la teoría de la relatividad, pero debido a que un objeto masivo curva el espacio-tiempo, una línea recta a través del espacio-tiempo no siempre es recta. Cuando un objeto en movimiento se acerca a un cuerpo masivo, cae en la región curva y, por lo tanto, se dobla hacia él y parece ser "atraído" por él.

Espero que esto responda a su pregunta.