光子到底有沒有質量？
光子真的沒有質量嗎？事實上，並非如此。
我們常常把能量和質量撕裂開來看，但這個觀念並不是很正確。比如：我們常常會說的是，原子彈爆炸，質量轉化為能量。不知道你想過沒有，在很多人眼裡，能量是個東西，但是質量也是個東西嗎？如果把能量看成一個東西，非要一一對應的話，能量好像對應物質更加合適的。
說到這裡，你可能會得有點混亂了。是的，其實問題就出在這裡，能量，質量，物質，他們之間到底是什麼關係？
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。科學界的祖師爺之一的牛頓就深諳此道，在他的著作《自然哲學的數學原理》中，整本書中最前面的一部分，他都在下定義。
我們現在要搞清楚質量和能量之間是什麼關係，才能進一步探討光子的質量問題。關於這個問題，其實目前最主流的觀念來自於愛因斯坦的狹義相對論。在1905年，愛因斯坦發表了4篇具有開創性的論文，其中第三篇被我們稱為狹義相對論。後來，過了兩個月，他又發了一篇論文，這一篇是對狹義相對論的補充，內容就是探討質量和能量之間關係的。我們後來也把這部分稱為質能等價。
在質能等價這篇論文中，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射能量L，它的質量就會減少L/c^2。
愛因斯坦其實構建了能量和質量的等價關係，而且用的就是大名鼎鼎的質能方程E=mc^2。透過愛因斯坦的這篇論文，我們可以知道一件事情。那就是質量和能量其實是一回事，它們是一個東西的兩個面，有質量就有能量，有能量就有質量。有一些人甚至提出這樣的觀點，所謂的物質其實就是極度壓縮的能量，所以物質也是有能量（物質肯定也是有質量的）。
我們來看看光，光是具有能量，因此，光也應該是質量的，我們可以透過質能方程得到光的質量。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《自然哲學的數學原理》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。這裡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，大地近似於平直的。
知道這點之後，我們假設有一個理想的大炮，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了。現在我們也把能夠繞著地球轉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遠大於光速的天體，這就會使得連光都無法擺脫黑洞的引力。而宇宙中物質、資訊、能量的最快速度就是光速。因此，所有的物質都無法逃脫黑洞的魔爪。
廣義相對論
不過，其實黑洞周圍屬於強引力場。牛頓的理論在強引力場的描述並不如廣義相對論的準確。在廣義相對論中，愛因斯坦提出了一套全新的引力引論。他認為並不存在所謂的引力。引力現象之所以會存在，是因為大質量的天體彎曲了周圍的時空。
小質量的天體實際上是沿著時空的測地線在運動。這裡的測地線有點類似於二維平面中的“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，黑洞其實就屬於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中。所以，我們發現無論光子有沒有質量，其實在廣義相對論的框架內，它都會掉落到黑洞當中。
