光速與黑洞這兩個(gè)關(guān)鍵詞，是吃瓜群眾比較關(guān)心的兩個(gè)有趣話題，但今天這兩個(gè)話題碰撞在了一起，黑洞大家都知道，連光都無(wú)法逃離，但相傳光子是沒(méi)有質(zhì)量的，我們知道萬(wàn)有引力是需要質(zhì)量才能產(chǎn)生“引力”那么光子為什么還在黑洞周圍走彎路？甚至都會(huì)墜入黑洞，這是什么原因呢？

在距離地球大約18光年白矮星Stein 2051 B的遮蔽下，背景恒星發(fā)生非常細(xì)微的偏移，但這只是引力對(duì)光線的彎曲效果，并非恒星的位置發(fā)生了變化。

一、為什么黑洞連光速都無(wú)法逃離？

要理解這個(gè)問(wèn)題其實(shí)并不難，因?yàn)檎f(shuō)清楚原因并不需要黑洞，以地球?yàn)槔纯筛忝靼走@個(gè)道理。我們都知道要逃離地球有兩種方式：

1、找個(gè)梯子一直往上爬

2、物體環(huán)繞地球速度產(chǎn)生的離心力大于地球引力

前者是我們制造太空電梯的理由，這個(gè)方式不限制爬行速度，只要往上爬就可以爬到近地軌道上。

很可惜我們暫時(shí)還無(wú)法制造出在超長(zhǎng)距離上不會(huì)被自身重量拉斷的超高強(qiáng)度材料，所以這個(gè)夢(mèng)想還是留在我們未來(lái)的規(guī)劃上。

后者的原理則是到現(xiàn)在為止所有離開地球的人造飛行器所必須要經(jīng)歷的，這個(gè)速度是根據(jù)離心力與平衡的公式變換出來(lái)的

在這個(gè)第一宇宙速度計(jì)算方式中，有一個(gè)非常關(guān)鍵的參數(shù)是r，當(dāng)前是地球的半徑，當(dāng)這個(gè)半徑無(wú)限縮小到約9mm時(shí)，

第一宇宙速度v將會(huì)增加到299792458米/秒！

你沒(méi)有看錯(cuò)，這個(gè)速度就是光速，而這個(gè)半徑r=9mm就是地球的史瓦希半徑，也就是地球質(zhì)量不變坍縮成黑洞的最大直徑，當(dāng)坍縮直徑越過(guò)9mm時(shí)地球?qū)o(wú)可避免的坍縮成黑洞。

此時(shí)在史瓦希半徑r=9mm的距離上，這個(gè)質(zhì)心的環(huán)繞速度就是光速，如果越過(guò)9mm的半徑，那么光速也無(wú)法對(duì)抗質(zhì)心的引力。

二、為什么沒(méi)有靜止質(zhì)量的光子也無(wú)法逃離黑洞？

當(dāng)然我們不能以第一宇宙速度并沒(méi)有要求物體的質(zhì)量大小為理由搪塞大家，因?yàn)檫@并不足以說(shuō)服各位，咱還是從光子的動(dòng)質(zhì)量來(lái)說(shuō)明。

光子的能量E=hv

這是計(jì)算電磁波能量的公式，其中h為普朗克常數(shù)v為光子的頻率，不同波段的光子所攜帶的能量是不一樣的。

質(zhì)能轉(zhuǎn)換公式：E＝mc2

因此單個(gè)光子的質(zhì)量為：m＝hv/C2

不用計(jì)算也知道，這個(gè)質(zhì)量極??！這個(gè)存在質(zhì)量的光子在引力場(chǎng)中行進(jìn)的路線是遵循萬(wàn)有引力規(guī)則的。但不要認(rèn)為光子走彎路了，它走的依然是直線，只不過(guò)這個(gè)過(guò)程需要用廣義相對(duì)論來(lái)輔助理解。

廣義相對(duì)論認(rèn)為時(shí)空是不可分割的，而時(shí)空與引力之間的關(guān)系是：引力是時(shí)空的幾何

為什么將引力解釋為時(shí)空的幾何？因?yàn)樵谝μ荻瓤臻g內(nèi)，時(shí)間與空間都是受到中心引力影響的，我們從一張簡(jiǎn)單的動(dòng)圖中可以來(lái)直觀的感受一下。

請(qǐng)注意這些三維立體的格子表示的空間，而在格子的交叉點(diǎn)上則代表的是時(shí)間，越靠近質(zhì)量中心，這個(gè)格子就會(huì)越扭曲，而時(shí)間也會(huì)走得更慢。那么當(dāng)光子在通過(guò)這個(gè)扭曲的時(shí)空時(shí)會(huì)怎么運(yùn)動(dòng)呢？

當(dāng)光子通過(guò)這個(gè)彎曲的時(shí)空時(shí)，它走的依然是直線，但很無(wú)奈空間都是彎曲的，光子如果再堅(jiān)持走“所謂的直線”，它走的將比彎曲空間內(nèi)的直線距離更遠(yuǎn)！這個(gè)簡(jiǎn)單的道理可以從展開的世界地圖上的各種航線可以輔助理解（盡管兩者原理完全不一樣）。

在黑洞的視界內(nèi)，這個(gè)時(shí)空是極度扭曲的而又閉合的，也就是說(shuō)這個(gè)空間的所有方向的指向都不再是黑洞“外部”，光子一旦進(jìn)入了這個(gè)時(shí)空，它就“迷路了”，光子會(huì)在這個(gè)時(shí)空內(nèi)最終落向奇點(diǎn)。而外在則表現(xiàn)在了黑洞的質(zhì)量增加上，盡管黑洞不可能靠吞噬光子而成長(zhǎng)，但理論上黑洞吞噬了光子，它的質(zhì)量是會(huì)增加的。