На этот счет есть две теории. И обе интересные. Рассмотрим их повнимательнее.
I.
Фотон света имеет нулевую массу покоя. Чтобы понять, почему он «падает» в черную дыру, нам надо немного знать общую теорию относительности.
Общая теория относительности утверждает, что любой массивный объект искривляет пространство-время вокруг себя. Это легко представить с помощью простого примера. Представьте себе растянутый абсолютно плоский резиновый лист. Это аналогия пространства-времени, когда в нем нет массы. Теперь, если на него положить тяжелый шар это вызовет деформацию листа. Это именно то, что происходит в космосе, но только в трех измерениях.
А теперь представим свет, путешествующий по космосу. Мы знаем, что свет всегда движется по прямой. Но вдруг на пути нашего кусочка света встречается черная дыра. Поскольку пространство-время вокруг нее искривляется, то, кажется, что и свет огибает массивный объект. На самом деле не объект притягивает свет, а фотоны проходят кратчайшее расстояние в искривленном пространстве-времени.
Вокруг черной дыры искажение пространства-времени является экстремальным. Но свет этих искривлений не чувствует. Для него среда по-прежнему прямая. На горизонте событий пространство-время искривляется само в себя, и в результате свет не может вырваться из черной дыры.
II.
Фотоны света не имеют массы покоя. Но величина, которая у них гравитирует или реагирует на гравитацию черной дыры, не является массой покоя.
Это сложная сущность, называемая тензором напряжения-энергии-импульса, которая состоит из энергии, импульса, давления и сдвиговых напряжений.
Так уж получилось, что для большинства повседневных объектов их скорости движения ничтожно малы по сравнению со скоростью света, а давление и напряжения также малы по сравнению с релятивистскими средами. Таким образом, в тензоре энергии-импульса напряжения доминирует масса покоя, т. е. основным показателем выступает масса объекта. Когда дело доходит до Солнца, Земли, куска металла, вашей собаки… гравитационное поведение очень точно (но не идеально!) описывается с использованием ньютоновской гравитации и их соответствующих масс покоя.
Но в тот момент, когда мы достигаем релятивистских скоростей, это уже не так. Сущности больше не могут характеризоваться только массой покоя; другие компоненты тензора становятся одинаково важными.
В частности, фотон не имеет массы покоя, но несет много энергии и имеет импульс. Его тензор напряжения-энергии-импульса, конечно, не равен нулю. Таким образом, он может быть источником гравитации, у него есть инерция, и он реагирует на гравитацию. Но его поведение больше не может быть описано ньютоновской гравитацией, о чем свидетельствует, среди прочего, тот факт, что теория относительности предсказывает (правильно, что подтверждается наблюдениями) вдвое больший угол отклонения для фотона в гравитационном поле, чем отклонение ньютоновской частицы, движущейся с той же скоростью.
Истина, как говорится, посередине и вероятно обе теории верны. И то, что свет движется в искривленном пространстве (а как известно все дороги в черной дыре ведут к ее сингулярности), так и то, что обладая зарядом он реагирует на гравитацию.
