光和引力對(duì)已知的宇宙產(chǎn)生了巨大的影響，也影響了我們對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)。然而，這兩者的相互作用會(huì)讓人感到困惑。我們都聽(tīng)說(shuō)過(guò)，沒(méi)有任何東西能逃脫黑洞的引力束縛，黑洞就像是宇宙真空吸塵器，它可以吸走整個(gè)星系和其他有質(zhì)量的東西。另一方面，光是由無(wú)質(zhì)量的光子組成的，它是宇宙中運(yùn)動(dòng)速度最快的東西，以每秒30萬(wàn)千米的速度運(yùn)動(dòng)。

那么，如果光沒(méi)有質(zhì)量，黑洞對(duì)它有什么影響呢？

光的運(yùn)動(dòng)：愛(ài)因斯坦的相對(duì)論

20世紀(jì)最重要的發(fā)現(xiàn)之一，也是愛(ài)因斯坦的相對(duì)論的關(guān)鍵基礎(chǔ)之一，就是光以“光速”運(yùn)動(dòng)——大約30萬(wàn)千米/秒。光速是一個(gè)恒量，這意味著光在真空中的運(yùn)動(dòng)速度不能比這個(gè)速度更快或是更慢。而且無(wú)論觀察者的運(yùn)動(dòng)速度有多快，或者是光源的運(yùn)動(dòng)速度有多快，所有的觀察者都會(huì)測(cè)量出光的速度保持不變，這被稱作光速不變?cè)怼?/p>

基于此，愛(ài)因斯坦創(chuàng)立了狹義相對(duì)論，并且最終引出了廣義相對(duì)論——不同于牛頓萬(wàn)有引力定律的引力理論。愛(ài)因斯坦提出，宇宙中的有質(zhì)量物體具有扭曲時(shí)空的能力，而不是牛頓所認(rèn)為的具有質(zhì)量的兩個(gè)物體之間的吸引力。舉個(gè)例子，向前扔出一個(gè)小球，然后小球落到地面，愛(ài)因斯坦不認(rèn)為這代表了重力的“拉力”。他認(rèn)為，質(zhì)量巨大的地球彎曲周圍的時(shí)空，使小球沿著彎曲的時(shí)空運(yùn)動(dòng)。

雖然光子沒(méi)有靜止質(zhì)量，但它們的運(yùn)動(dòng)也會(huì)受到時(shí)空彎曲的影響。當(dāng)光經(jīng)過(guò)黑洞附近時(shí)并不會(huì)被黑洞加速，因?yàn)橛匈|(zhì)量的物體才會(huì)這樣，還因?yàn)楣獾乃俣仁呛愣ǖ?。然而，由于時(shí)空幾何畸變，光的頻率發(fā)生了變化，這影響了我們可以觀察到的光的顏色。這種現(xiàn)象被稱為引力紅移或藍(lán)移效應(yīng)，要么光譜偏向藍(lán)色（較短的波長(zhǎng)），要么偏向紅色（較長(zhǎng)的波長(zhǎng)）。

既然黑洞有如此強(qiáng)大的引力，甚至連光都無(wú)法逃脫，而光不能改變它的速度，所以它怎么可能被一個(gè)黑洞“控制”或“捕獲”呢？

如前所述，廣義相對(duì)論的理論認(rèn)為，任何大質(zhì)量物體都會(huì)扭曲周圍的時(shí)空。由于光子總是沿著最短的路徑運(yùn)動(dòng)，當(dāng)它經(jīng)過(guò)一個(gè)巨大物體周圍的扭曲時(shí)空時(shí)，光就會(huì)沿著彎曲的時(shí)空運(yùn)動(dòng)。因此，引力不會(huì)直接彎曲光線，只是光沿著彎曲時(shí)空運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象看起來(lái)像是受到引力的拉扯。黑洞的中心是奇點(diǎn)，這里聚集著黑洞的所有質(zhì)量，導(dǎo)致奇點(diǎn)周圍的時(shí)空受到極度彎曲，從而使光無(wú)法逃離黑洞的彎曲時(shí)空。