光子真的沒有質(zhì)量嗎？事實(shí)上,，并非如此,。

我們常常把能量和質(zhì)量撕裂開來看，但這個觀念并不是很正確,。比如：我們常常會說的是,，原子彈爆炸，質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量,。不知道你想過沒有,，在很多人眼里，能量是個東西,，但是質(zhì)量也是個東西嗎,？如果把能量看成一個東西，非要一一對應(yīng)的話,，能量好像對應(yīng)物質(zhì)更加合適的。

說到這里,，你可能會得有點(diǎn)混亂了,。是的，其實(shí)問題就出在這里,，能量,，質(zhì)量，物質(zhì),，他們之間到底是什么關(guān)系,？

之所以搞不清楚,，只因?yàn)槲覀儧]有把它們定義好，沒有定義也就無法分類,?？茖W(xué)界的祖師爺之一的牛頓就深諳此道，在他的著作《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中,，整本書中最前面的一部分,，他都在下定義。

我們現(xiàn)在要搞清楚質(zhì)量和能量之間是什么關(guān)系,，才能進(jìn)一步探討光子的質(zhì)量問題,。關(guān)于這個問題，其實(shí)目前最主流的觀念來自于愛因斯坦的狹義相對論,。在1905年,，愛因斯坦發(fā)表了4篇具有開創(chuàng)性的論文，其中第三篇被我們稱為狹義相對論,。后來,，過了兩個月，他又發(fā)了一篇論文,，這一篇是對狹義相對論的補(bǔ)充,，內(nèi)容就是探討質(zhì)量和能量之間關(guān)系的。我們后來也把這部分稱為質(zhì)能等價,。

在質(zhì)能等價這篇論文中,，愛因斯坦開頭就寫到一段話，翻譯過來就是：

假如有一個物體以輻射形式發(fā)射能量L,，它的質(zhì)量就會減少L/c^2,。

愛因斯坦其實(shí)構(gòu)建了能量和質(zhì)量的等價關(guān)系，而且用的就是大名鼎鼎的質(zhì)能方程E=mc^2,。通過愛因斯坦的這篇論文,，我們可以知道一件事情。那就是質(zhì)量和能量其實(shí)是一回事,，它們是一個東西的兩個面,，有質(zhì)量就有能量，有能量就有質(zhì)量,。有一些人甚至提出這樣的觀點(diǎn),，所謂的物質(zhì)其實(shí)就是極度壓縮的能量，所以物質(zhì)也是有能量（物質(zhì)肯定也是有質(zhì)量的）,。

我們來看看光,，光是具有能量，因此，光也應(yīng)該是質(zhì)量的,，我們可以通過質(zhì)能方程得到光的質(zhì)量,。如果是這樣的話，其實(shí)我們就可以利用牛頓定律來求解的,。

牛頓定律

而如何從牛頓定律來理解光被黑洞所吸引呢,？

其實(shí)我們用牛頓在他的著作《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中提到的一個思想實(shí)驗(yàn)來講述。這個思想實(shí)驗(yàn)也被稱為牛頓大炮,。這里我們有個前提要明確,，雖然我們看到大地是平的，但實(shí)際上大地是曲的,，這是因?yàn)榈厍蚴乔驙畹?。只不過地球足夠大，所以從小尺度上看,，大地近似于平直的,。

知道這點(diǎn)之后，我們假設(shè)有一個理想的大炮,，這時候朝著前方打出一個炮彈,，一般來說，這個炮彈就會打出一條拋物線,。

如果我們讓大炮打出的炮彈速度足夠快,，達(dá)到拋物線豎直方向下落的程度恰好和地面下落的弧度一致，這個時候炮彈就會繞著地球轉(zhuǎn)了?，F(xiàn)在我們也把能夠繞著地球轉(zhuǎn)的速度稱為第一宇宙速度,，這個速度是7.9km/s。

如果我們把炮彈的速度達(dá)到足夠快,，炮彈就可以擺脫地球的引力,，我們也把這個速度稱為第二宇宙速度，這個速度是11.2km/s,。

我們要知道的是,，不同的天體是擁有不同的宇宙速度。而黑洞其實(shí)就是第二宇宙速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于光速的天體,，這就會使得連光都無法擺脫黑洞的引力,。而宇宙中物質(zhì)、信息,、能量的最快速度就是光速,。因此，所有的物質(zhì)都無法逃脫黑洞的魔爪,。

廣義相對論

不過，其實(shí)黑洞周圍屬于強(qiáng)引力場,。牛頓的理論在強(qiáng)引力場的描述并不如廣義相對論的準(zhǔn)確,。在廣義相對論中,，愛因斯坦提出了一套全新的引力引論。他認(rèn)為并不存在所謂的引力,。引力現(xiàn)象之所以會存在,，是因?yàn)榇筚|(zhì)量的天體彎曲了周圍的時空。

小質(zhì)量的天體實(shí)際上是沿著時空的測地線在運(yùn)動,。這里的測地線有點(diǎn)類似于二維平面中的“直線”,。也就是說，天體其實(shí)是遵循著牛頓第一定律的,。比如,，月球之所以繞著地球運(yùn)動，實(shí)際上是因?yàn)榈厍驂簭澚酥車臅r空,，月球沿著時空的測地線在運(yùn)動,。

在廣義相對論中，黑洞其實(shí)就屬于一種極端扭曲了時空的天體,，這就會使得周圍的物體沿著測地線的方向運(yùn)動時,，就會直接掉到黑洞當(dāng)中。所以,，我們發(fā)現(xiàn)無論光子有沒有質(zhì)量,，其實(shí)在廣義相對論的框架內(nèi)，它都會掉落到黑洞當(dāng)中,。