光子真的沒有質(zhì)量嗎？事實上，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，你可能會得有點混亂了。是的，其實問題就出在這里，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，只因為我們沒有把它們定義好，沒有定義也就無法分類。科學(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，所謂的物質(zhì)其實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驗來講述。這個思想實驗也被稱為牛頓大炮。這里我們有個前提要明確，雖然我們看到大地是平的，但實際上大地是曲的，這是因為地球是球狀的。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，其實黑洞周圍屬于強引力場。牛頓的理論在強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，是因為大質(zhì)量的天體彎曲了周圍的時空。

小質(zhì)量的天體實際上是沿著時空的測地線在運動。這里的測地線有點類似于二維平面中的“直線”。也就是說，天體其實是遵循著牛頓第一定律的。比如，月球之所以繞著地球運動，實際上是因為地球壓彎了周圍的時空，月球沿著時空的測地線在運動。

在廣義相對論中，黑洞其實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，其實在廣義相對論的框架內(nèi)，它都會掉落到黑洞當(dāng)中。