根據(jù)我們所熟知的引力理論，有質(zhì)量的物體之間才會(huì)產(chǎn)生引力作用。
然而，光子沒有質(zhì)量，卻依然無法逃脫黑洞的 “魔掌”，被黑洞吸引，這到底怎么回事，難道不矛盾嗎？
1687 年，牛頓在其不朽著作《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中，正式提出了萬有引力定律 。
根據(jù)萬有引力定律，宇宙中的任意兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)之間，都存在著一種相互吸引的力。
這個(gè)力的大小，與兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量之積成正比，與它們之間距離的平方成反比 。
在日常生活中，我們可以看到許多萬有引力定律的生動(dòng)體現(xiàn)。比如，蘋果從樹上落下，是因?yàn)榈厍驅(qū)μO果施加了引力；月亮繞著地球旋轉(zhuǎn)，也是因?yàn)榈厍蚺c月亮之間存在著引力作用 。
這些現(xiàn)象都表明，質(zhì)量在引力的產(chǎn)生中扮演著至關(guān)重要的角色。在傳統(tǒng)的牛頓力學(xué)體系中，質(zhì)量被視為產(chǎn)生引力的根源，物體的質(zhì)量越大，它所產(chǎn)生的引力也就越強(qiáng)。
其實(shí) “光子沒有質(zhì)量” 這一表述其實(shí)并不完全準(zhǔn)確。
更確切地說，光子沒有靜止質(zhì)量 。在物理學(xué)的微觀世界里，光子宛如一個(gè)獨(dú)特的存在，它從誕生的那一刻起，便以光速在宇宙中飛馳，沒有絲毫的加速過程 。
根據(jù)愛因斯坦提出的著名的質(zhì)能方程E = mc2，能量E和質(zhì)量m之間存在著等價(jià)關(guān)系，其中c代表真空中的光速，是一個(gè)常量，約為3×10^8 m/s\。對(duì)于光子而言，雖然它在靜止?fàn)顟B(tài)下的質(zhì)量為零，但當(dāng)它以光速運(yùn)動(dòng)時(shí)，便具有了動(dòng)質(zhì)量 。
光子的能量可以通過公式E = hν來計(jì)算，其中h是普朗克常量，其值約為6.63×10^-34J·s，ν是光的頻率 。結(jié)合質(zhì)能方程E = mc2 ，我們可以推導(dǎo)出光子的動(dòng)質(zhì)量m的計(jì)算公式為m=hν/c^2。
從這個(gè)公式可以看出，光子的動(dòng)質(zhì)量與它的頻率成正比，頻率越高，動(dòng)質(zhì)量就越大 。例如，伽馬射線的頻率比可見光高得多，因此伽馬射線光子的動(dòng)質(zhì)量也相對(duì)較大 。
在廣義相對(duì)論的宏偉框架中，引力不再被視為一種傳統(tǒng)意義上的力，而是被賦予了一種全新的詮釋 —— 質(zhì)量扭曲時(shí)空所產(chǎn)生的幾何現(xiàn)象 。
為了更直觀地理解這一抽象而深邃的概念，我們可以展開想象的翅膀，將時(shí)空類比為一張平整且富有彈性的橡膠膜 。
當(dāng)一個(gè)質(zhì)量較小的物體，比如一個(gè)小小的彈珠，放置在這張橡膠膜上時(shí)，彈珠只會(huì)在膜上產(chǎn)生一個(gè)微小的凹陷，對(duì)膜的整體形狀影響甚微 。
然而，當(dāng)一個(gè)質(zhì)量巨大的物體，例如一個(gè)沉重的鉛球，被放置在橡膠膜上時(shí)，情況就截然不同了 。鉛球的巨大質(zhì)量會(huì)使橡膠膜發(fā)生嚴(yán)重的凹陷和扭曲，形成一個(gè)深深的 “坑” 。
在這個(gè)比喻中，鉛球就如同宇宙中的大質(zhì)量天體，如恒星、黑洞等，它們的質(zhì)量會(huì)使周圍的時(shí)空發(fā)生彎曲，就像鉛球使橡膠膜彎曲一樣 。
而光子，作為光的基本組成單位，在時(shí)空中的運(yùn)動(dòng)遵循著一定的規(guī)律 。
在廣義相對(duì)論中，光子總是沿著時(shí)空的測(cè)地線運(yùn)動(dòng) 。
所謂測(cè)地線，簡單來說，就是在彎曲時(shí)空中兩點(diǎn)之間的最短路徑 。在平坦的時(shí)空中，測(cè)地線是一條直線，這就是我們通常所看到的光沿直線傳播的情形 。
然而，當(dāng)光經(jīng)過大質(zhì)量物體附近時(shí)，由于時(shí)空被大質(zhì)量物體彎曲，測(cè)地線也隨之變得彎曲 。這就意味著，光子的運(yùn)動(dòng)軌跡也會(huì)發(fā)生彎曲，就好像光被大質(zhì)量物體 “吸引” 了一樣 。
這種現(xiàn)象在現(xiàn)實(shí)宇宙中有著諸多生動(dòng)的例證 。
例如，當(dāng)遙遠(yuǎn)恒星發(fā)出的光線經(jīng)過太陽附近時(shí)，太陽的巨大質(zhì)量會(huì)使周圍時(shí)空發(fā)生彎曲，光線的傳播路徑也會(huì)隨之彎曲 。
1919 年，英國天文學(xué)家愛丁頓率領(lǐng)的觀測(cè)團(tuán)隊(duì)在日全食期間，通過觀測(cè)恒星光線在太陽引力場(chǎng)中的彎曲情況，成功驗(yàn)證了廣義相對(duì)論的這一預(yù)言 。
在理解了光子具有動(dòng)質(zhì)量以及黑洞對(duì)時(shí)空的扭曲效應(yīng)之后，我們便能深入探討黑洞吸引光子的具體原理 。黑洞，這個(gè)宇宙中質(zhì)量最為巨大、引力最為強(qiáng)大的天體，其質(zhì)量高度集中在一個(gè)極小的區(qū)域內(nèi)，使得周圍的時(shí)空被極度扭曲 。
想象一下，在平靜的湖面上投入一顆巨石，湖面會(huì)泛起層層漣漪，石頭周圍的水面也會(huì)凹陷下去 。黑洞對(duì)時(shí)空的扭曲就如同這顆巨石對(duì)湖面的影響，只不過黑洞的質(zhì)量要比巨石大得多，其對(duì)時(shí)空的扭曲程度也更為劇烈 。
在黑洞附近，時(shí)空的彎曲程度變得如此之大，以至于形成了一個(gè)深深的 “引力陷阱” 。
當(dāng)光子進(jìn)入黑洞周圍的引力場(chǎng)時(shí)，原本沿著直線傳播的光子，由于時(shí)空的彎曲，其路徑也會(huì)發(fā)生改變 。就像在一個(gè)彎曲的迷宮中，光子只能沿著彎曲的時(shí)空路徑前進(jìn) 。而這個(gè)路徑最終會(huì)指向黑洞的中心，使得光子無法逃脫黑洞的引力束縛，被黑洞捕獲 。
從廣義相對(duì)論的角度來看，光子的運(yùn)動(dòng)軌跡是由時(shí)空的幾何形狀決定的 。
在平坦的時(shí)空中，光子沿著直線運(yùn)動(dòng)；而在彎曲的時(shí)空中，光子則沿著測(cè)地線運(yùn)動(dòng) 。黑洞周圍的時(shí)空被扭曲成了一種特殊的幾何形狀，使得光子的測(cè)地線最終會(huì)落入黑洞之中 。
此外，黑洞的逃逸速度也是導(dǎo)致光子無法逃脫的重要原因 。逃逸速度是指物體逃離天體引力束縛所需的最小速度 。
對(duì)于地球來說，其逃逸速度約為 11.2 千米 / 秒，只要物體的速度大于這個(gè)值，就能夠擺脫地球的引力，進(jìn)入太空 。然而，黑洞的逃逸速度卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了光速 。
這意味著，任何物體，包括以光速運(yùn)動(dòng)的光子，一旦進(jìn)入黑洞的引力范圍內(nèi)，就無法獲得足夠的速度來逃脫黑洞的引力，只能被黑洞無情地吞噬 。
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