Wie interagiert die Schwerkraft mit einem Photon?

Es ist einfach nicht wahr, dass Gravitation nur mit Masse interagieren kann. Vielmehr interagiert jede langreichweitige Spin-2-Kraft mit allen Energie-Impulsen gleichermaßen, und ihre Quelle ist der Spannungs-Energie-Impuls-Tensor. Das ist eine Möglichkeit, das Äquivalenzprinzip zu formulieren.

Beachten Sie, dass ein massives Objekt in seinem eigenen Ruhesystem eine damit verbundene Energie hat$E = mc^2$, die unter normalen Bedingungen normalerweise viel höher ist als alle Spannungsterme (einschließlich Druck) oder Impuls (außerhalb des Ruhesystems). Daher kann man normalerweise so tun, als ob Gravitation an Masse koppelt, aber das ist nicht so – vielmehr ist die Gravitationsladung Energie und der gesamte Spannungs-Energie-Impuls-Tensor koppelt an das Gravitationsfeld. Dies ist analog zum Elektromagnetismus, es gibt elektrische Ladung, aber die elektrischen Ströme machen auch einen Unterschied.

In der Schwachfeldgrenze der Allgemeinen Relativitätstheorie kann man die Tatsache, dass Licht doppelt so stark durch die Schwerkraft abgelenkt wird, wie es eine naive Newtonsche Vorhersage wäre (d. h. für ein Objekt mit Lichtgeschwindigkeit unter der Newtonschen Mechanik), als Fehler von betrachten Licht, das in seiner Ausbreitungsrichtung einen Druck ausübt, der seiner Energiedichte entspricht. Aber im Allgemeinen wird die Bewegung eines Testteilchens nur durch seine Vierergeschwindigkeit und die Geometrie der Raumzeit bestimmt , und das Licht wäre nur ein Sonderfall einer „lichtähnlichen“ Vierergeschwindigkeit.

Was wir „Schwerkraft“ nennen, ist eigentlich nur die Verzerrung der Raumzeit. Wenn die Raumzeit völlig gerade wäre, gäbe es Schwerelosigkeit. Aber die Existenz eines massiven Körpers ist eines der Dinge, die die Raumzeit verzerren können, sodass "gerade" Linien nicht mehr gerade sind. Wir nehmen diese Verzerrung als „Schwerkraft“ wahr. Es ist die Verzerrung, die tatsächlich die Gravitationskraft der Anziehung erzeugt.

Stellen Sie sich für eine sehr grobe Analogie eine Zitrone vor. Solange Sie ihn nicht zusammendrücken, bleibt der Saft an Ort und Stelle, da keine Kraft darauf ausgeübt wird. Aber wenn Sie die Zitrone auspressen und ihre Struktur verzerren, beginnt sich der Saft im Inneren zu bewegen. Die Zitrone ist Raumzeit. Der Saft ist alles, was in der Raumzeit existiert. Die Schwerkraft ist die Verzerrung der Form der Zitrone.

Photonen haben zwar keine Ruhemasse, bewegen sich aber geradlinig. Wenn es Schwerkraft gibt, sind gerade Linien nicht mehr gerade, und deshalb krümmen sich Photonen um massive Körper.

Wenn Photon masselos ist und die Schwerkraft nur mit Materie interagieren kann, wie kann die Schwerkraft dann die Flugbahn des Lichts verändern?

Der zweite Teil Ihrer "if"-Klausel ist falsch. Es ist Masse-Energie, nicht nur Masse, die gravitiert.