光是“自願”走進黑洞的，當它越過黑洞視界，時空的方向都指向黑洞中心，無路可選，只能進入黑洞。下面聊聊到底怎麼回事：

牛頓的引力

對於引力的認識，很多人是聽說了牛頓與蘋果的故事。蘋果落地是因爲地球對它的吸引，這個吸引作用稱之爲萬有引力。

引力使物體產生向下“掉”的趨勢，有一句話叫做站得高，（niao）扔得遠，例如你在山頂上，向水平方向扔出一塊石頭和在山腳下扔一塊石頭，石頭出手時初速度相同，山頂出手的石頭肯定飛得更遠。

因爲山頂海拔高，給了石頭足夠的下降空間，延遲了石頭落地的時間，爲石頭水平方向上飛行贏得了更多的時間，速度相同，飛行時間越長，飛得越遠。

地球是個球體，如果石頭初速度足夠大，那麼石頭就有可能飛離地球，就像下面這樣。

圖：石頭能夠飛離地球的速度叫做第二宇宙速度（11.2km/s），也叫地球的逃逸速度。能否逃逸只和石頭的初速度有關，和石頭質量大小無關。

圖：逃逸速度公式推導

不同星球的逃逸速度不同，取決於星球的質量與天體半徑的比值，意味着質量越大，體積（半徑的立方）越小的星球，越難以逃逸（黑洞：這不就是在說我嘛，任何物質，包括光都不行）。

石頭的質量與它能不能逃離星球無關，它的質量大小隻是決定了需要獲得多少能量才能達到逃逸速度。例如：你讓國足踢鉛球和足球，如果要讓這兩種球達到相同的飛行速度，踢鉛球肯定要更使勁。

如果某個天體質量爲M，當我們把光速代入逃逸速度公式時，可以得到一個光都無法逃離的半徑，意味着只要我們把這個天體使勁“擠壓”，讓它的半徑小於R，那麼在它的表面光就無法逃離，而黑洞都是這樣的存在。距離圓心R爲半徑的球體表面稱之爲視界，任何物體越過視界，都無法逃離，包括光。由於光線無法傳出，所以看起是黑色的，因此黑洞叫做黑洞。

綜上所述：光子無法逃離黑洞與質量無關，只是因爲黑洞質量太大，體積太小，導致逃逸黑洞所需的速度大於光速。然而，這並非唯一的解釋，愛因斯坦的解釋比牛頓更好，在愛因斯坦看來，任何物質都是有質量的。

愛因斯坦的質量與引力光子有能量，所以有質量

1905年，愛因斯坦發表狹義相對論，用楊振寧教授的話來說：這是人類對能量、質量、空間、時間的認知革命。其中質能方程：

描述了質量只是能量的另外一種形式，是物體固有的性質，反過來說能量也是質量的一種形式。光子雖然沒有靜態質量，但是它有動能，即有動質量。光子的質量與光的頻率或波長有關。

不過，愛因斯坦對引力的解釋也不需要光子有質量。

引力不是力，是時空彎曲

1916年，愛因斯坦發表廣義相對論描述了引力現象實際上是時空的幾何效應，而非力的作用。美國物理學家惠勒是這麼解釋的：

物質告訴時空如何彎曲，時空告訴物質如何運動。

1919年，愛丁頓和戴森團隊拍攝到了日食的照片，發現原本位置在太陽背後的星光出現在了照片中，這意味着星光經過太陽時發生了偏轉繞到了前面來，從而證明了廣義相對論中的時空彎曲理論。這個偏轉並非源於太陽，而是源於太陽質量壓彎的時空。

光子運動時，如果時空曲率爲零，那麼光子的路線就是筆直的。越緻密的物體，造成的時空扭曲越劇烈，而黑洞是宇宙中最緻密的物體，一旦越過黑洞的視界，時空的方向都會指向黑洞的中心，光只是順着時空直線前線，因此當光子進入到視界之中，只能走黑洞中心，視界之內中沒有任何一條時空之路是指向外界的。

相關文章