“光子沒有質(zhì)量，為什么會(huì)被黑洞吸住？”“難道光子是‘自愿’掉進(jìn)黑洞的？” 這兩個(gè)問題，藏著大眾對(duì) “引力” 和 “光子” 的常見認(rèn)知誤區(qū)。

首先要澄清：光子被黑洞吸引，絕非 “自愿”—— 擬人化的表述雖有趣，卻不符合物理規(guī)律；真正的原因，要從愛因斯坦廣義相對(duì)論對(duì)引力的全新解釋說起，它徹底顛覆了我們對(duì) “質(zhì)量產(chǎn)生引力” 的傳統(tǒng)認(rèn)知，也揭開了光子 “無質(zhì)量卻受引力影響” 的奧秘。

要理解這個(gè)問題，首先要打破一個(gè)固有觀念：“只有有質(zhì)量的物體才會(huì)受到引力作用”。在牛頓的經(jīng)典力學(xué)中，引力確實(shí)與物體的質(zhì)量直接相關(guān) —— 質(zhì)量越大，引力越強(qiáng)，就像地球因質(zhì)量遠(yuǎn)大于蘋果，能將蘋果吸引到地面。

但牛頓的引力理論，只適用于低速、弱引力的宏觀場(chǎng)景，當(dāng)面對(duì)黑洞這種 “極端引力天體” 時(shí)，它就完全失效了。愛因斯坦在 1915 年提出的廣義相對(duì)論，給出了更本質(zhì)的引力解釋：引力不是物體之間的 “超距作用力”，而是質(zhì)量（或能量）彎曲時(shí)空后產(chǎn)生的幾何效應(yīng)。

什么是 “時(shí)空彎曲”？我們可以用一個(gè)通俗的比喻理解：把宇宙的 “時(shí)空” 想象成一張平坦的彈性床墊，當(dāng)你把一個(gè)鉛球（代表大質(zhì)量天體，如黑洞）放在床墊上，鉛球會(huì)因重量壓彎床墊，形成一個(gè)凹陷；此時(shí)如果在凹陷周圍放一顆小球（代表光子或其他天體），小球不會(huì)沿直線滾動(dòng)，而是會(huì)繞著凹陷的邊緣轉(zhuǎn)動(dòng)，甚至掉進(jìn)凹陷中 —— 這并非鉛球 “主動(dòng)吸引” 小球，而是鉛球彎曲了床墊（時(shí)空），小球只是在彎曲的床墊（時(shí)空）中沿 “最短路徑” 運(yùn)動(dòng)。

光子的情況也是如此。

光子雖然沒有靜止質(zhì)量，但它具有能量（根據(jù)質(zhì)能方程 E=mc2，能量與質(zhì)量本質(zhì)上是同一事物的不同表現(xiàn)形式），而能量同樣會(huì)受到時(shí)空彎曲的影響。當(dāng)光子靠近黑洞時(shí)，黑洞的巨大質(zhì)量（或能量）已將周圍的時(shí)空彎曲成一個(gè) “極端凹陷”—— 在黑洞的 “事件視界”（黑洞的邊界，越過此邊界的物質(zhì)和輻射無法逃逸）內(nèi)，時(shí)空的彎曲程度達(dá)到極致，形成一個(gè) “時(shí)空陷阱”：即便是以光速運(yùn)動(dòng)的光子，也無法沿直線逃離，只能沿著彎曲的時(shí)空路徑運(yùn)動(dòng)，最終掉進(jìn)黑洞。

這里的關(guān)鍵在于：光子被黑洞吸引，不是因?yàn)楹诙磳?duì)光子有 “拉力”，而是光子在彎曲的時(shí)空中 “別無選擇”—— 它只能沿著時(shí)空的 “測(cè)地線”（彎曲時(shí)空中的最短路徑）運(yùn)動(dòng)，而黑洞周圍的測(cè)地線，早已被彎曲成 “指向黑洞內(nèi)部” 的軌跡。就像人在彎曲的軌道上行走，即便想走直線，也會(huì)被軌道的彎曲方向引導(dǎo)，最終走向預(yù)設(shè)的終點(diǎn)；光子沒有 “自愿” 與否的選擇，它只是遵循著時(shí)空彎曲的幾何規(guī)律運(yùn)動(dòng)。

或許有人會(huì)追問：“光子沒有質(zhì)量，為什么牛頓的引力理論解釋不了，而廣義相對(duì)論可以？” 這是因?yàn)榕ｎD的理論只考慮了 “靜止質(zhì)量” 產(chǎn)生的引力，卻忽略了 “能量” 對(duì)時(shí)空的影響。而廣義相對(duì)論將 “質(zhì)量” 和 “能量” 統(tǒng)一納入 “應(yīng)力 - 能量張量”，認(rèn)為任何具有能量（包括光子的動(dòng)能、引力勢(shì)能等）的事物，都會(huì)參與時(shí)空彎曲，也會(huì)受到時(shí)空彎曲的影響。

實(shí)驗(yàn)早已證實(shí)這一結(jié)論：1919 年，科學(xué)家在日全食時(shí)觀測(cè)到，遙遠(yuǎn)恒星的光經(jīng)過太陽附近時(shí)，因太陽彎曲時(shí)空而發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角度與廣義相對(duì)論的計(jì)算結(jié)果完全一致 —— 這是人類首次直接觀測(cè)到 “光子受引力影響”，也證明了廣義相對(duì)論的正確性。

黑洞對(duì)光子的 “吸引”，還有一個(gè)更極端的表現(xiàn)：在黑洞的事件視界內(nèi)，時(shí)空的彎曲程度達(dá)到 “無限大”（理論上），所有的測(cè)地線都指向黑洞中心的 “奇點(diǎn)”，無論光子從哪個(gè)方向進(jìn)入事件視界，最終都會(huì)被導(dǎo)向奇點(diǎn)，徹底無法逃逸。而在事件視界之外，光子還有可能 “逃脫”—— 如果光子只是靠近黑洞但未越過事件視界，它會(huì)因時(shí)空彎曲而改變運(yùn)動(dòng)方向（即 “引力透鏡效應(yīng)”），就像光線經(jīng)過透鏡會(huì)發(fā)生折射一樣，之后繼續(xù)沿直線傳播，不會(huì)被黑洞捕獲。

需要特別澄清的是，“光子沒有質(zhì)量” 指的是 “靜止質(zhì)量為零”，而非 “沒有能量”。光子始終以光速運(yùn)動(dòng)，不存在 “靜止?fàn)顟B(tài)”，它的能量由頻率決定（E=hν，h 為普朗克常數(shù)，ν 為光子頻率）—— 頻率越高的光子（如伽馬射線光子），能量越大，受時(shí)空彎曲的影響也越明顯，但即便如此，它也無法對(duì)抗黑洞事件視界內(nèi)的極端時(shí)空彎曲。

總結(jié)來說，光子被黑洞吸引的核心邏輯是：黑洞的巨大質(zhì)量彎曲了周圍的時(shí)空，光子雖無靜止質(zhì)量，但具有能量，會(huì)在彎曲的時(shí)空中沿測(cè)地線運(yùn)動(dòng)；當(dāng)光子越過黑洞的事件視界后，彎曲的時(shí)空讓它無法逃逸，最終被黑洞捕獲。這一過程與 “光子自愿” 毫無關(guān)系，而是嚴(yán)格遵循廣義相對(duì)論的時(shí)空幾何規(guī)律 —— 它不僅解答了 “無質(zhì)量光子為何受引力影響” 的疑問，更讓我們看到：人類對(duì)引力的認(rèn)知，從牛頓的 “超距作用” 到愛因斯坦的 “時(shí)空彎曲”，每一次突破都讓我們更接近宇宙的本質(zhì)。