電荷和磁鐵會像引力源一樣扭曲空間嗎？

猶他州立大學物理學教授，引力和數學物理研究員查爾斯·託雷提供了這個答案

電荷和磁鐵確實“扭曲空間”，但這發生在幾個層面上。

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首先，介紹一下背景。 根據當前關於引力的最佳理論，即阿爾伯特·愛因斯坦著名的廣義相對論，引力場代表時空的曲率，而不是對時空的扭曲。 任何攜帶能量、動量和壓力的東西都是引力場的來源，也就是時空的曲率。

電荷和磁鐵是某些型別物質的表現形式，尤其是電子。 由於物質攜帶能量（透過愛因斯坦著名的能量與質量乘以光速平方的關係），因此這些物體將具有引力場，因此它們會扭曲時空。 因此，電荷或磁鐵扭曲時空的一種方式是憑藉其物質。 這個答案聽起來可能不太令人印象深刻，但還有更多內容……

您看，電磁場本身也攜帶能量（以及動量和壓力）。 電磁場攜帶的能量密度可以透過將電場強度的平方加上磁場強度的平方來計算。 再舉一個例子，一束光（例如，由雷射產生）由電磁場組成，它會對帶電粒子施加力。 因此，電磁場攜帶動量。 因為電磁場包含能量、動量等等，所以它會產生自己的引力場。 這種引力場除了電荷或磁鐵的物質產生的引力場之外。

電荷的引力（或時空曲率）效應的一個簡單例子出現在愛因斯坦引力場方程的“Reissner-Nordstrom”解中。 該解描述了具有非零淨電荷的球形物體外部的引力場。 （描述淨電荷為零的特殊情況的解是引力場方程的著名“史瓦西解”。） 從Reissner-Nordstrom解可以清楚地看出，球對稱物體的引力場中測試粒子的運動取決於物體是否帶電。 正如史瓦西解可以擴充套件到描述著名的“黑洞”現象一樣，Reissner-Nordstrom解也可以擴充套件到描述“帶電黑洞”。 對於帶電黑洞，黑洞的引力場包括由於電場存在而產生的貢獻。

我不知道（並且我懷疑）引力理論的這一方面（即電磁場產生引力場）是否已透過實驗直接驗證。 困難在於，實驗室中產生的典型電磁場產生的引力場預計非常非常弱。 尋找電磁場引起的引力效應的更好地方是在攜帶顯著淨電荷的天體物理物體中。 不幸的是，據我所知，預計此類物體很難找到。 因此，雖然根據理論對這個問題的答案肯定是“是”，但這種效應的實驗狀態似乎有些開放。

如果您想閱讀更多關於這些想法的資訊，您可以嘗試羅伯特·沃爾德 (Robert Wald) 撰寫的Space, Time, and Gravity（芝加哥大學出版社，1992 年）。 本書的目標讀者是非專業人士。 對於更詳細的數學處理，您可以查閱任何關於廣義相對論的文字。