天方正大

牛顿力学的禁锢

其实这个问题，其实曾经的数学家和物理学家也都纠结过很长时间，比如：拉普拉斯就是典型的代表。

这个问题的主要的核心在于对于“引力”本质的思考不一样。

大多数的人其实对于“引力到底是啥”还没有很强的概念，不知道有多少人问过这个问题？其实牛顿并没有给出令人信服的解释，他认为万有引力是一种超距作用。

大多数人也只是知道高中物理课本里万有引力公式，强行背了下来。

实际上，牛顿的万有引力理论是有基本假设的：时空是平直的。这也被称为牛顿绝对时空观。

爱因斯坦的广义相对论对于“引力”本质的重新诠释

不过，爱因斯坦认为这样的解释不够好，超距作用太让人匪夷所思的。爱因斯坦认为时空并不是绝对的平直，而是可以弯曲的。

太阳不是存在一个力拉着地球转，而是因为太阳扭曲了时空，地球沿着测地线在运动罢了。

也就是说，在爱因斯坦的体系里，“引力是什么”给出了一个和牛顿完全不一样的解释，引力的本质是时空的扭曲，物质、信息、能量其实都是沿着测地线运动的。光也不能例外，如果周围有大质量天体的存在，光也会沿着测地线运动，看起来就好像弯折了一样。

而在众多大质量天体中，黑洞几乎是最凶残的存在，时空到了黑洞这里也就完全不是扭曲的问题，是扭曲到令人发指的程度。

所以，当光经过黑洞的附近时，同样要沿着测地线运动，就会向黑洞内部弯曲，而且无法逃离。从观测者的角度看上，光就好像被吸进了黑洞。

从科学史的角度上来看

自从有了牛顿定律，科学家其实开始研究天体的逃逸速度，具体来说就是如何才能摆脱地球，科学家发现只要达到一定速度，就可以逃脱的地球引力的束缚，于是就把这个速度叫做逃逸速度。逃离地球引力的速度被我们叫做第二宇宙速度，

而逃离太阳系的速度被叫做第三宇宙速度。

于是，科学家就在想一个问题，有木有可能存在这么一种天体，质量大到令人发指，然后这个天体的逃逸速度就是光速或者超过光速，这样光不就跑不出来了么？

拉普拉斯就曾经推导过这个过程，并把这个天体叫做暗星。不过，当时他是站在光是一种粒子的角度出发的，后来光又认为是一种波，于是，拉普拉斯放弃了对暗星的研究。

到了近现代，经过200多年的争吵，光最后被认为又具有粒子性和波动性，既是粒子又是波，所以在牛顿定律里，光也是可以发生偏折的，不过经过仔细的计算，从牛顿定律推导出光线偏折的角度和实际差得比较多，远不如爱因斯坦相对论推导出来的结果更符合现实情况。

后来史瓦西根据在解爱因斯坦的广义相对论引力场方程时，发现了两个bug，并预言其中一个物理意义预示着黑洞的存在，而另一个后来被叫做史瓦西半径，其实指的就是光不能逃离的天体半径。

钟铭聊科学

如果根据牛顿万有引力定律，重力对质量为零的粒子没有作用，所以重力不会影响光。事实上，根据牛顿的万有引力定律，黑洞就不应该存在，无论引力有多强，光总是能够逃逸的。然而，牛顿万有引力定律只有在某些情况下是正确的，当粒子的速度比光速慢得多和引力很弱时。当研究黑洞的工作原理时，需要考虑更普遍的引力定律，也就是爱因斯坦的广义相对论。

根据广义相对论，引力不是一种力！而是时空中的一种扭曲，任何大质量物体都会扭曲它周围的时空，质量越大，时空扭曲越厉害（上图）。引力影响任何有能量的东西，广义相对论中的引力源被称为应力-能量张量，包括能量密度、动量密度、能量通量、动量通量（包括剪应力和压力）等。虽然光没有静止质量，但它仍然有能量，因此在广义相对论中会受到引力的影响。因为E=mc2，质量贡献了大量的能量——所以，质量大的物体有很强的引力场，其他项可以忽略不计，这就是为什么牛顿引力定律如此有效的原因。

所以当光穿过一个大质量物体周围扭曲的时空时，看起来是会发生弯曲，但其实只是大质量物体周围的时空扭曲了，光线在这个弯曲的时空中还是沿着一条直线传播。光还是走了最短的路径，虽然看起来有点弯曲，像是影响了光的运动。而黑洞这使空间弯曲成一个点，因此，光其实沿着“直线”进入黑洞的。

上图的引力透镜效应的观测验证了爱因斯坦广义相对论的正确性。

总结一下就是：牛顿认为在没有其他力的作用下，物体会沿直线运动；爱因斯坦接道，是这样的，但是直线在弯曲的空间中不是直线。

科学闰土

光的零质量是指它没有静止质量，但它仍具有相对论质量，毕竟只要用结合质能方程和能量子假设E=hv，即可求出相对论质量。但实际上问题的关键点在于：万有引力定律和广义相对论是两种完全不同的引力理论，从本质上二者对引力的描述是不一样的。

在相对论之前，实际上早有科学家计算过光线被太阳引力吸引而偏折的角度，不过我们要注意：计算的前提是承认光子具备质量的（只需承认光子具备质量，而不需具体的表达式，因为这个质量在计算中会直接消去），也就是牛顿力学中的质量，之后在利用万有引力定律即可求出偏折角度。

而且有意思的是，利用万有引力定律计算出的偏折角，和爱因斯坦在广义相对论完整提出前的计算结果基本一致，虽然过程看上去并不相似，那时爱因斯坦还没有将时空弯曲的因素考虑在内。

那么在广义相对论中，黑洞是如何吸住光的呢？简单来说，我们不要讲引力当做力来看，而是时空弯曲的体现，光实际上都在走所谓的测地线，也就是最短路径，在平直时空里，这个路程就是直线，而时空弯曲后，光的路线在我们看来也就跟着“弯”了，虽然从光本身的角度而言，它一直走的最短路径。

总的来说，牛顿的万有引力定律只是广义相对论的弱场近似；与其说光被黑洞吸住，不如说光线掉进了黑洞“迷宫”，永远走不出来。

期待您的点评和关注哦！

赛先生科普

解释一

对于光子质量的定性问题，目前科学界主流意见是这样的：

根据爱因斯坦相对论的解释，光子不具有静止质量，也就是题主说的“零质量”；但是光子是具有动质量的，有一个“光压”实验就可以对光子动质量的说法进行佐证（光压即因光的照射对物体表面产生的压力，1901年由俄国物理学家列别捷夫首次测量到，虽然光压极其微弱，但仍然能被测量到，这就表明运动的光子是具有动能的，自然也就存在动质量）。

所以，在黑洞强大的引力效应下，具有动质量的光被“吸住”也就不难理解了。

解释二

也有部分科学家一直反对爱因斯坦相对论中关于“动质量”的说法，他们表示运动的物体会随着速度增加而质量变大这回事是不可理喻的，他们认为质量是物质的固有属性，质量不会因为物质的状态改变而发生变化。

不可否认，这类说法也有一定的道理，那么如果按照这个逻辑，也就是题主说的“零质量”的光子，如何解释黑洞吸引光这回事呢？

我想，即使站在这类“零质量”光子观点的立场上，也还是可以解释的。

依然是通过爱因斯坦的广义相对论理论来解释：

广义相对论中提到，质量物体会引起其周围时空的弯曲，质量越大时空弯曲得越厉害。如何理解这种“弯曲”呢，我们可以这样想象，把一个鱼缸里的水看成是时空，把一团压缩的海绵看成是质量物体，当把海绵放到鱼缸中后，会看到周围的水（时空）会向海绵汇聚，海绵吸水能力越强就相当于物体的质量越大，这个过程就类似于质量物体使其周边时空发生弯曲的现象。

那么对于黑洞而言，因为其质量极大，对时空的弯曲也极为厉害，特别是在以黑洞为中心，向外延伸的某个范围内（也就是专业术语所谓的：事件视界）时空完全向黑洞缩聚（可以理解为时空在这个范围内被黑洞弯曲成了一个向内闭合的“球壳”），所以一旦任何物质运动到了这个范围内，就再也“逃”不出去了，因为这个范围内的空间就没有向外的出路。

那么，按照以上的理解，“零质量”的光就是这样被黑洞“吸住”的。

如果以上解答消除了大家对此类问题的疑惑，欢迎大家关注“阿怪看世界”头条号，阿怪会持续推出各类原创科普文章以及分享阿怪对世界的认知。

阿怪看世界

这个问题很有意思，因为很多人都知道黑洞可以将光线吸纳进去，但是却很少有人去质疑为什么光会被吸纳，毕竟光是没有质量的，是不受万有引力的影响的。

其实，如果没有看到这个问题，那么小才女还真没意识到这一点，看到后才瞬间明白，光无法逃逸出黑洞的原因，个人的观点认为，这并不是因为黑洞奇点拥有超大的质量从而使得其视界范围内拥有无限大的引力而使得光线被引力吸纳，进而导致光线无法逃逸的。那么光线无法逃逸黑洞的根本是什么呢？那就是时空的弯曲。

有人应该会知道爱因斯坦一个关于时空的预言，那就是其他恒星发出的经过太阳附近的星光会因为太阳引力的缘故而使得光线产生弯曲的现象。这预言的本质就是因太阳质量过大而导致的时空弯曲，后来经过科学的观察发现，爱因斯坦的这个预言是正确的，大质量天体的存在会使得天体周边的时空产生弯曲，同样，在黑洞附近的时候也是如此的。

黑洞的视界之内，由于时空弯曲的弧度已经严重到卷曲到了其视界范围之内，实则光线射进了黑洞视界内后，并非是被黑洞强大的引力吸纳的，而是由于其视界内的时空弯曲到光线根本无法再折射出来，而被误认为光线是被黑洞吸纳的假象。其实，光线本身的走向是在时空内传播，空时怎么弯曲，光线也就怎么弯曲怎么走了。

民科小才女

质量分静质量跟动质量，宏观物体两者无差别，但在微观领域，两者差别很大。

光从它诞生的那一刻起那就是以光速传播的，具有动质量，我们知道光子其实就是特殊的电磁波，它要么是光速，要么速度为零。

• 光子以光速传播时是有动质量，所以也受到引力的影响，自然就会被黑洞强大的引力吸走。
  
• 当速度为零时光子质量变为零，即静质量为零，这个时候光子发生湮灭，依照爱因斯坦质能方程E=mc^2释放能量，这些能量又可能变成正负电子对等其他粒子。
  

有初有终

光子的质量为0说的是静止质量。

根据万有引力定律，两个有质量的物体才能够相互吸引。光没有静止质量，为什么黑洞能吸引光并改变光的传播路径？

根据波粒二象性，光既是波又是粒子。光子虽然没有静止质量，但是却有动能，根据质能方程，我们就可以计算出单个光子所具有的质量，称之为动质量。由此可见，光能被黑洞吸引也就不足为奇了。

其实更准确的解释认为，引力是一种时空的几何效应。在广义相对论中，引力这个概念可有可无，取而代之的是时空弯曲。有质量的物体能够弯曲时空，且质量越大，对时空的弯曲效应越强。当光经过被弯曲的时空时，就会被改变传播路径，如果进入黑洞视界范围，就出不来了。在我们看来，光被黑洞所吸引了。

黑洞的中心是一个奇点，目前的理论认为奇点没有体积，即密度无限大，该点的时空曲率为无限。通常所说的黑洞体积是指的黑洞的史瓦西半径，也就是视界半径。黑洞视界面处的逃逸速度大于光速，因此连光也逃不出来。

科学探索菌

承邀

世界上没有所谓的曲与直，正如哲学家所说的世界上没有所谓的对与错。光束经过特殊情况的时空，为什么弯曲不见（被吸引）了呢？这个情况不与光束有无质量有关。爱因斯坦这家伙认为：物质被引力吸引不是因为它具有质量，而是它走入了一个弯曲的时空，是时空导引了它的运动轨迹。那么是什么东西引起时空弯曲才与质量有关，认为是质量把时空弯曲了，就象一个铝球压凹了床垫。

正因为这一荒唐理论，让这个本来荒唐的世界更加混乱。从爱因斯坦偏执脑子里，把直线飞驰的马车也看成直线运动。其实他忽略了所有马车行驶在球状的地球上，无论道路怎么样笔直，也是一个圆，就如赤道，在爱因斯坦这个笨蛋眼中是一条直线，但如果我们站在地球之外看赤道，恰恰是一个圆。科学界信奉爱因斯坦胡说光束永远直行，无需介质传播，但却忘记了是时空就是介质，而且这个时空是随机的，永远不是平直的。

我们看着直线向前行的汽车离我们远去渐渐消失看不见了，并不是汽车被地球引力吸入地狱，而只不过是它沿着弯曲地面行驶到海岸线下而己！

世界上没有直线运动，光束也是。

世界上没有引力，是特别的时空让物体改变了运动轨迹。

黑洞不是一个天体，它是一种特殊的空间现象，渺小的人类永远看不透伟大的宇宙，正如完美的自然永远不能满足贪得无厌的人类。

自由媒体

为叙述方便，笔者把信奉黑洞视界理论的流派，且称广相派。以下谈几个要点。

▲黑洞喷流

其一：广相派的一系列理论，本身就是自相矛盾、互不协变的。既然按视界论，在视界范围，任何物质与电磁波，一律只进不出，那么就无法解释霍金辐射(蒸发)与黑洞喷流。

▲霍金辐射

其二：运动是物质的存在方式，不运动的物质不存在。既然有物质的运动，就必然会激发电磁波与引力波。

黑洞不过是超大恒星的塌陷产物，这个不妨可以信：根据万有引力定律：F=GMm/R²，引力与天体质量M成正比。

当质量大到突破核外电子的简并压，即克服电子电荷(e)与核电荷(Ze或e⁺)之间的库仑力：F≥ke²/R²=4.35×10⁻⁶N，原子半径(R=53pm)压缩到原子核半径(r≈1.5fm)的尺度，变成中子态，即中子星或黑洞。此时，

原子密度扩大或体积缩小了(R/r)³=4.4×10⁵倍。如此巨大的密度，不但不会出现所谓的玻色-爱因斯坦凝聚态(BEC)或中子汤(soup)，

反而是：中子态下的高能电子绕质子的运动速度极高，由原来的v=0.16c几乎达到准光速，提高到即便v=c(湮灭速度不太可能)。

此时，中子态属于超高温凝聚态，而BEC是超低温超流态，二者的物理意义截然不同。

核内电子激发的电磁波频率按光电效应方程：f=½mv²/h=6.18×10¹⁹Hz，属于典型的伽玛射线。因此，黑洞至少会辐射高频电磁波。

这就证明了，所谓黑洞会禁闭电磁波，或者说，电磁波无法被激发出来是一个伪命题。

其三：关于光子究竟有没有质量。物理新视野认为：光子作为真空场的基本单元物质，其质量恒为电子质量，是制约或维持电子独立存在的场量子。

只是最大的光子密度比电子密度要小(3.9e-13/2.82e-15)³=2.65×10⁶倍。仪器几乎检测不到，所以通常，光子质量就是被忽略了。

其四：说“黑洞密度无穷大”。说明这是一个伪命题，至少有两个理由。

①密度无穷大，就意味着中子态的质子与电子之间毫无间隙，电子与质子都紧贴在一起而绝对停止了运动，这显然是荒谬的。

②事实上，质子本体的半径只有0.0015费米，而作为复合粒子的中子半径大约是0.15费米，电子也将被高度压缩，中子态的内空间依然是相当广阔的。

其五：光子是真空场的场量子，具有真空引力场的所有特性，有万能吸引力，即可以穿越(当电子能隙较宽)或被吸纳在任何物体中。

当然光子也极容易被黑洞所吸纳。但是，很难穿越黑洞。

因为中子态中的高能电子运动速度太快，电子能隙太窄，几乎不可能穿越。

即便是普通的晶体物质，光子也不能穿越。通常，光子只能穿越玻璃体之类的介质。

结论：

1. 黑洞的视界理论，是不可置信的；

2. 黑洞密度无穷大，是一个伪命题。

3. 黑洞的奇点学说，是一个伪学说。

4. 光子有固定质量，只是密度极小。

5. 光子真空场单元，吸引任何物质。

Stop here。物理新视野与您共商物理前沿与中英双语有关的疑难问题。

物理新视野

大家都知道，电与磁的关系。用右手拇指向上其余4指紧握的方式，比作一线圈时，该线圈一旦按4指方向为电流方向通电时，向上的拇指方向为北极，逆拇指指向的方向为南极。

近日全世界公布的黑洞，与上述电磁的原理所类似，只不过黑洞是一个超大的、永动的、同样具有超大磁场、超大电流的“线圈”。

有黑洞（黑色区域），其相反方向便有白洞（白色区域）。黑洞是超大线圈的南极，超大的“南极”超快的速度吞噬包括光在内的一切物质。而白洞是超大线圈的北极，其功能与南极等同，只不过方向相反（抛物），相当于人类所见的太阳那样永不停息地向太空抛出万丈射线和万丈光芒。

至于黑白洞的起源，是宇宙大爆炸所形成也能说得通。

本人凭自己的瞎想，胡说一通，让朋友们一笑了之。谢谢大家！

關鍵字: 引力 问题 黑洞