既然光子没有质量，为什么黑洞对光会有引力？

floatagfly

xujiahui

谢谢邀请。简单的说尽管光子没有静止质量，但是光子是有等价能量质量的，这样自然地黑洞就对光子有引力作用了。



我们首先来看一下光子，按照物理学中的定义而言的话，光子是没有静止能量的，然而我们知道光子是以恒定的速度光速传播的，所以这就意味着光是具有一定的运动能量的。然而光子是如何来传播的呢，这就涉及到光的波动性了，其实光子可以看做是某种特定波长波包的运动，所以给定的波长就决定了光子所携带的能量。根据爱因斯坦著名的能量质量等价方程，我们就可以计算出光子能量所对应的质量。因为这个质量的存在，所以黑洞就可以对光子产生引力作用。



其实对于黑洞也是非常类似，很大可能存在着转动质量。我们知道，宇宙间的天体通常都是存在着转动的，黑洞通常也不例外，因为转动，所以我们所测量的黑洞质量中，其实有一部分就是转动所产生的，这个转动的能量就存在于黑洞的视界面之外，可以通过特定的方式将他们提取出去。然而在通常的情况下，这个转动质量和黑洞本来的质量是不可区分的，在引力方面的效应是等价的。

shichg123

谢邀！先简单说说光。大家知道，光是一种很神奇的东西，世界各大文明遗迹中都有与光相关的记录。中国古代，就有利用小孔成像实验，发现了光的直线传播原理记载。但对光本身性质之谜，到近代科学产生以后才慢慢揭开了其神秘的面纱。

牛顿曾主张光是一种微粒，而荷兰科学家惠更斯等则认为光是一种波动。两种对立意见，到麦克斯韦发现光是电磁波（位移电流）之后，波动说似乎完全占据上风、取得了最后的胜利。但相对论和量子理论又将此问题重新复活，最后的折中方案，就是将其并列起来，成为一个波粒二象性的基本原理。
但无论如何，大家都公认光本身其实就是一种能量的存在方式（所谓光和热即此意）。那么根据爱因斯坦质能关系E=mc，有能量的光子也应该具有质量：m=E/c，光具有压力的实验就证明了这一点。这个质量虽然是动态的（光无法静止下来），也是一种惯性质量，根据爱因斯坦相对论的等效原理（加速系统等同于一个引力场），惯性质量实际上也等于是引力质量。那么，具有引力质量的光子，即便是按照牛顿万有引力定律，必然会受到其他具有质量物质的引力作用。按照相对论，大质量周围的时空形成弯曲结构，光在其中的传播路径，将会与没有引力场存在的情形有所不同，相对于受到了一定的作用。

黑洞本身不发光，但通过自身的引力对周围的物质产生作用，形成能量吸积盘而发射出强烈的光和热。
另外，无论哪种黑洞，其最基本的物理性质，就是具有质量（至少有三个太阳质量），并在周围形成引力场。当光或任何物质经过其周围时，如果不落入到史瓦兹半径内、或视界之内的话，必然会受到引力作用。如果不幸落入了视界之内，则其最后的命运，按照现在的物理学还无从得知。
简单的说，光是有质量的，不过是动态质量而已。并且，这个质量既是惯性的也是引力性的，所以必然会受到引力场的作用。而黑洞周围一定存在着引力场，因而包括光在内的各种物质受到其巨大的作用应该并不奇怪。
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xiexueqiao

光子虽然没有静止质量，但是光子本身是有能量的，因此，光子仍然有可能会受到引力的作用。这个问题的关键在于我们不能还用万有引力定律来讨论相关的问题（做一些简单的估计还是可以的），更不能直接将静止质量0就代入到万有引力的公式里来估算这个引力的大小。
在广义相对论中，引力是时空扭曲的一种体现。在这种视角下，天体的运动应该解释为，在一个弯曲的时空中，物体的运动受到了影响。在弯曲的时空中，不但一般物体的运动会受到影响，光线也会不再沿着直线传播，这在爱因斯坦的理论提出后不久就得到了验证，1919 年 11 月，英国皇家学会和皇家天文学会举行联合会议，正式宣布了英国天文学家爱丁顿（Sir Arthur Stanley Eddington）所率领的赴非洲和南美的观测队的最终结果及结论，爱丁顿的两个观测队通过在日食期间观测光线在太阳附近的弯曲，证明了广义相对论的正确性。
在引力场的作用下，光会去往时间流逝最慢的地方，光线因而并不是沿着直线传播，而是沿着在弯曲时空中的「测地线」进行传播，这种效果可以等价地认为是光子受到了引力的作用。

kgd520

这是个非常有价值的问题。这个问题需要重点讨论两个问题:一个是光的本质问题，另一个就是黑洞影响光线传播的问题。
首先关于光的本质，目前我们认为的是光具有波粒二象性，也就是说光既是波，又是粒子。这两者并不冲突。说到这儿就要讲到一个看似不是很出名实则个人十分钦佩的物理学家——德布罗意。作为一个因为兴趣爱好而半路出家的物理爱好者，却发现了物质具有波动性，从而统一了物质和场，成为了波动力学的创始人。德布罗意的发现，将物质和波统一到了一起，也就是说光既是一种粒子，又是一种波。单个光子出现的位置有一定的偶然性，但一旦粒子数目多了，就会服从一定的统计规律了。那说到这儿，就得讨论光究竟有没有质量这个问题了，因为这直接关系到下一个问题的讨论。



目前的主流观点认为光子没有质量，一旦一个粒子有哪怕一丁点儿质量，它的速度都不会达到光速，因为在无限接近光速的时候，其质量也变得无限大，如果再加速就需要无穷的能量。因此只有没有质量的光子才可以达到宇宙的最高速度——光速。但光子携带能量，根据光子携带的能量有公式可以计算光子的质量，携带的能量越大其质量也就越大。因此，我们说光子没有静质量，只有动质量，我们也不可以把一个光子囚禁让其静止，光子必须时刻保持光速运动。
那黑洞是怎样影响光线传播的呢？难道是因为光子有质量而将光子主动拉进黑洞里去了吗？个人认为应该不是这样的。根据相对论的说法，引力实际上是时空弯曲的表现，也就是说大质量的物体其周围的空间本身就不平坦，而光线总是沿着它认为的最短距离前进。这样，在空间弯曲后光线也就弯曲了。当空间弯曲程度很大的时候，光线前进的最短距离就是黑洞内部了，因此光线就逃脱不了黑洞了。



最后说点自己脑子也没有转过弯来的题外话。这个根据高中物理公式很轻松得出来的结论到底有什么问题？自己觉得不对劲但想不出问题出在哪。公式如下:mv÷r=GMm÷r，这其中的m，也就是环绕物体的质量是可以约掉的。也就是说和环绕物体质量没有关系。这个可以作为这个问题的解释吗？是不是强引力、微观、高速状态不适用？似乎有些不对。恳求各位大神帮忙解惑，不胜感激。