光一直以光速向前传播，可为何光逃离不了黑洞？
（本文冗长。最后有一句话比喻，通俗易懂。）一句话：因为在黑洞内部，光锥是永远向内的。
（一）
首先解释一个关键的概念，什么是「光锥」。
简单地说，光锥就是光的时空路径——注意是「时空」，而不是「空间」。即，在某时某地发射一闪光，此后光传播所经历到的时空区域就是「光锥」。换句话说，就是能看到这个闪光的时空区域。当然，这严格说是未来光锥。
这样说还是很抽象，举个1维空间的例子。这个世界不妨称之为「1+1维」时空（因为是1维空间+1维时间）。简单起见，假设光速为常数 v=1。
时间 t = 0 时，在空间坐标原点 x = 0 处发生一闪光。这时，因为光以有限的速度 v = 1 传播，其路径就是 x = t 或者 x = - t。这里有两条路径，因为在一维空间里，光能朝「前」、「后」两个方向传播。
画在 (x, t) 平面上，光的时空路径 x = t 或者 x = - t 就是通过原点的45度角射线。这射线就是「1+1维」时空的光锥。如下图所示，红色射线就是光锥。
在这个「1+1维」时空里，只有在光锥上的点，才能看到闪光。比如 (x = 2, t = 1) 这个点，就不在光锥上，也看不到闪光。因为在 t = 1 秒的时候，光还没有传播到 x = 2 处。x = 2 处只有在等到 t = 2 时才能看到闪光，于是 (x = 2, t = 2) 这个点正好就在光锥上。
上面这个例子很容易推广到真实的「3+1维」时空（3维空间，1维时间），只不过这时候射线变成了锥子（当然是3维的锥子），所以叫光锥。
所以光锥是时空的一个截面，维度比时空少一维。光锥的存在正是因为光速有限。
更物理地说，光锥是时空的一个「界限」，即，能发生因果关联与否的区分边界。因为光速是最大速度，光在光锥表面传播，其他信号在光锥内部传播，所以光锥内部就是可发生信号联系（因果关联）的区域，光锥外则是不可能有因果关联的区域。
以下图为例（引子wiki）这里展示的是「2+1维时空」：2维空间（横向）+1维时间（纵向）。A代表某时某地一「事件」，光锥内部（上图黄色区域）就是A事件未来可影响到的时空区域，比如B点（下部黄色区域代表可以过去可能影响过A的时空区域）；而光锥外的其他区域，过去、未来都不可能与A事件发生关联，比如C点。
（二）
回到光传播的问题上。
广义相对论说，时空可以弯曲。于是在这个弯曲的时空里，光就不一定走 x = t 或者 x = - t 这么简单的直线了。比如在「1+1维」的时空里，光的路径可能就是这个样子：根据时空弯曲的程度，光可以走各种扭曲的路径。
上图中，虽然光的路径已经被扭曲，但是左边 x1(t) 还是在朝「左」传播，右边 x2(t) 还是在朝右传播。那么一个自然的问题是：有没有可能扭曲成这个样子：也就是说，无论光自己以为在朝哪个方向传播，实际上都是在朝左传播？回答是当然可能！这正是光无法离开黑洞的关键！
具体而言：对于比较正常的时空里的正常的光锥，光可以（沿着光锥表面）向前后左右任意空间方向传播。但是在黑洞内部，光锥被扭曲，光锥的所有空间方向都朝向黑洞内部，使得光只能向内传播。
（三）
以最简单的不带电不旋转黑洞即「Schwarzschild黑洞」为例。
下图（引自wiki）中左边白色区域为黑洞外，右边黑色区域为黑洞内。在左边即黑洞外，光锥比较正常，光可以朝两个方向传播——比如朝左也就是背离黑洞，或者朝右也就是朝向黑洞。
如果我们靠近黑洞，如下图（引自wiki），光锥开始扭曲，明显开始朝黑洞倾斜。于是光倾向于向黑洞（朝右）内传播，只有少部分可以背离黑洞（朝左）。
如果我们进入黑洞内部（黑色区域），如下图（引自wiki），这时，光锥完全被扭曲，光锥的任何方向都是指向黑洞内部。也就是说，光无论怎么传播，都是在「朝内」传播。
下图（来自网络）是个更形象的说明：
圆柱代表黑洞视界，圆柱内是黑洞内，圆柱外是黑洞外。黑洞外光锥被扭曲的不厉害，光可以朝向黑洞也可以背离黑洞。黑洞里面，光锥完全倒向黑洞内，光锥的所有方向都指向黑洞内，于是光无论朝哪个方向传播都是在向内传播。
总之，一句话，在黑洞（视界）内部，时空被扭曲了——只有向内，没有向外。
最后，如果觉得还是很抽象的话，可以考虑这样的例子（虽然不严谨，但本质上一个道理）：
你在坐高铁，你以为你可以来回走动，但是因为你不可能比高铁走的更快，所以在地面上的人看来，你只能永远在朝前走，就像光在黑洞内只能永远朝里走。编辑于 2014-02-10真空光速就现有理论而言是一个常数，并且相对论认为真空光速不随参考系的改变而改变（不管是惯性还是非惯性参考系）。那么黑洞究竟是怎么回事呢？
首先题主的思维还停留在Newton力学时代。尽管Newton力学计算出的视界半径和广义相对论给出的Schwarzschild半径是相等的，但二者的计算方法和物理意义完全不同，并且就现在的科学水平而言后者才是正确的计算方法。Newton力学的计算方法很简单（Newton力学计算出的半径实际上是逃逸速度等于光速的半径，也就是小于这个半径的地方发射的光子无法逃逸到无穷远处，但是可以离开黑洞。当然，这里光被当做常规物体考虑，速度是可以减小的，这当然是荒谬的），我就不写了，只在这里看看广相怎么计算Schwarzschild半径的。以下内容抄袭自天概课本：
按照广义相对论，在静态且球对称质量分布的情况下，球外部的时空度规由Einstein场方程的Schwarzschild解给出，即Schwarzschild度规。在这一度规下，时空间隔为（习惯上，取光速c=1）度规是广义相对论描述时空结构的一种数学工具，本书并不要求读者具有广义相对论的基础知识（比如答主本人就不具有2333），但我们可以这样来理解(4.44)：在远离球体的地方，也就是当r→∞时，引力趋于零，时空就变为平直时空，此时(4.44)就回到我们熟悉的狭义相对论的形式（取光速c=1）容易看到(4.44)和(4.45)中，区别只在于等号右边第一、二两项的系数（它们分别相应于度规的时间分量和空间的径向分量）。平直时空即(4.45)中，这两个系数都是1（忽略正负号）；而(4.44)中，这两个系数都与1有了偏离，这表明时空产生了弯曲，且偏离越大，时空也越弯曲。在质量M给定的情况下，显然r越小时这种偏离越大，表明引力场越强时，时空就越弯曲。因此，Schwarzschild解(4.44)给出的是弯曲时空的度规，它表明，时空弯曲的程度是与物质分布密切有关的，时空弯曲的程度也代表了引力场的强弱程度。把引力场与时空弯曲联系起来，这正是Einstein引力理论的基本思想
(4.44)表明，时空度规有两个奇点，它们分别是（这里恢复光速c的通常表示）其中称为Schwarzschild半径，我们看到它与Newton引力半径恰好相等。的球面称为视界（horizon），视界以内是黑洞，光不能从黑洞中逃逸，这与上面Newton力学的简单分析结果（答主注：已从略）是完全一致的。但两种理论给出的光子运动图像有本质不同。Newton理论认为，光子可以从黑洞里面发出并到达黑洞以外的某个高度，然后再返回。而广义相对论却认为，光子不可能离开黑洞，即使从黑洞表面处发射的光子，也只能始终沿黑洞表面（视界）环绕运行。因此，黑洞的视界也称为单向膜，任何物体（包括光信号）都只能向视界里面落去，而不能从视界里面出来。（答主注：此处讨论仅限于经典物理学，实际上量子力学允许黑洞中的粒子逃逸，详情请见Hawking radiation）以上。发布于 2015-08-13光不是向前传播，而是顺着道儿走。黑洞把道儿弯了，光就走不出去了发布于 2013-03-13简单说（简单说意味着不严谨，只是类比，不能用来做论据等等意思）
你在地球上，一直向前走，为何不能走到距离北京无穷远的地方？
同样，光也是一直向前走的，但是空间的弯曲使得光的“前”实际上是指向黑洞里面的。
（这个回答旨在强调空间的弯曲，所以用二维举个例子）发布于 2014-09-01人是可以在有限时间内走出视界的,如果我们使用运动者身上建起的坐标架的话,你不会感到有丝毫的变慢,空间距离还是那么长,所用时间也只是黒洞远离运动者的时间(每一个运动者当然地认为自己是静止的).但如果用在无限远处的静止的观测者的时空坐标来看运动者的话,运动坐标架时间轴上的每一瞬间在接近视界时会变换为越来越大的时间间隔.(有人无聊的话可以做个观测量投影就看出来了,但注意哟,不要用席瓦兹坐标,因为视界在席瓦兹坐标中是个数字奇点)最终无究远的人会认为运动者将用无穷多的时间走出视界. 发布于 2011-05-09光的确是一直在往前飞的，但是黑洞（普通物质也在改变，但是他们质量不够，改变量很小）改变了他周围的空间曲率，也就是改变了时空的构造，改变了测地线。换句话说，光在往前飞，但是黑洞规定了哪里是前。在某一个范围内，只有朝向黑洞才叫做前。所以光跑不出那个区域。发布于 2013-11-22人造卫星也一样，受到地球重力是要朝下掉的，不过由于地球表面是弯曲的，两者的弯曲程度相同时就永远掉不下来了。在爱因斯坦看来，是时空本身弯曲了，物体在弯曲空间中沿着最节省能量的路径来走，表现得就像是在地球周围做圆周或者椭圆轨道运动。
换成光，也是一样的，由于时空自身是弯曲的，光沿着最节省的路线（测地线）来走。在黑洞视界内部，由于时空结构发生了变化，空间中指向黑洞中心的方向与时间方向发生互换。在视界外光或者其他物体沿着最省能量的路线走时，其时空坐标中的时间增大的，物体总是朝未来走的，不会回答过去。对应到我们这里，在视界内部，物体总是要向黑洞内部方向走，才最节省能量，因此光最后会掉下去。
所以，一句话，是因为时空结构发生了变化，就像有的朋友之处过的那样，光跑不出“笼子”，时空这个笼子本身是弯的，光只好跟着弯进去。编辑于 2013-05-08用Penrose diagram(将时空在共形不变意义下紧化到一个有限的区域）可以很好理解
考虑Schwarzschild黑洞（有质量,但没有角动量和电荷）
光在图上以45°传播,所以一旦进入事件视界之内,光的最终结局都是进入时空奇点。
当然对于有裸奇点的黑洞, 光是可以逃逸的, 但这违反宇宙监察假说。编辑于 2015-05-08在目前的理论物理研究层面上，对黑洞的机制和光速的研究都不够充分，我们只能先说，假设光速是恒定不变的，假设黑洞是存在的，那么垂直面发射的光为何不能逃逸。关于这个问题的理论非常多，最大的疑问是，如果光子没有质量，那么引力如何对光子发生作用，如果光子具有一定的质量，那么广义相对论需要做重大修正。
在各种假设理论中，我比较倾向于黑洞对视界半径内造成的时空扭曲。不变的光速可能是在围绕着奇点的扭曲空间里运行，而无法达到半径以外的空间。也可能是时间扭曲，导致在半径以外的观测者，由于时间参照系的差别，观测到光子逃逸的时间变得无限大。
以上完全是个人猜想。 发布于 2011-04-04 光是电子进行能级跃迁发射出来的，黑洞里面连电子都不能独立存在了，还有个蛋的光啊！
如果一定要让黑洞里有光，那你从电磁波的角度理解不就行啦，光想要前进，需要交变的电场在前方感应出交变的磁场，逃离引力场的光发生红移，也就是说交变电场要想在远离引力场的方向产生交变磁场，需要花费更多的时间，和更长的距离，黑洞的引力场强到让交变电场在远离他的方向产生交变磁场所花费的时间无限长，也就是说此路不通，而在相反的方向产生交变磁场则不需要时间，这样一来，光子一产生就一头扎进黑洞里面去了，光子脑残了吗会往黑洞外面跑？！
物理小白，数学脑残，有没有高手可以把我这个解释用数学推导一下？
编辑于 2017-02-17黑洞扭曲了空间发布于 2015-11-04这道题有无数的解法。除了以上各位大神的数学解法，
还可以———
引力大的地方，空间是弯曲的，解出一个完全闭合的封闭空间的解。光一进去，绕封闭空间运行，当然出不来了。
还可以———
引力红移
在引力场作用下，光的频率会改变，波长会被拉长。解出一个红移速率为1（波长为一条直线）的解。波的能量为0。光子已经丧失能量。
还可以
直接计算一个星球逃逸速度为光速的解。
还可以
…………方法太多了。每个方法得出的答案都可以解决问题发布于 2016-03-01这个问题实在太大了，我学识有限，不知怎样回答。我因邀请而来。
我个人认为，人类对黑洞的认识实在小得很，正如梁海所说：有一个说法是所有物理定律都在事界内失效。
霍金认为：黑洞是有毛的，即有粒子（虚粒子）走出来。霍金一直希望他的这个理论能拿诺贝尔奖。
附：
引力透镜效应并没有讲光能逃离黑洞。
引力透镜：光线在引力场中发生偏折，就象光线从空气进入玻璃一样，玻璃能用来做透镜使物体成像，引力场也一样。引力透镜效应是阿尔伯特·爱因斯坦的广义相对论所预言的一种现象，由于时空在大质量天体附近会发生畸变，使光线在大质量天体附近发生弯曲（光线沿弯曲空间的短程线传播）。如果在观测者到光源的视线上有一个大质量的前景天体则在光源的两侧会形成两个像,就好像有一面透镜放在观测者和天体之间一样,这种现象称之为引力透镜效应。对引力透镜效应的观测证明阿尔伯特·爱因斯坦的广义相对论确实是引力的正确描述。 发布于 2011-04-04站在视界外的人观察一个落向视界的物体，会看到这个物体无限接近视界，但是永远不会落进去，最终好像是停留在视界表面上了。设想在视界内部也是如此，从视界内往外发散的光，速度不会变，但是因为时空弯曲到极致的影响，时间无限趋向停止，因此光永远也到达不了视界之外。这只是猜想，奇点附近到底发生了什么，还没有人能说清楚吧。 发布于 2011-04-04描述这个问题的时候，人们通常用“粒子化”的语言描述光，仿佛光是某种以光速运行的物质。然而引力无法统一于其他作用力的根结在于引力现在只能被几何化描述，是完全不同的语言。对此问题，几何语言的描述是：黑洞是时空的一个解，黑洞边界构成一个事件视界，将时空分为两块。光的轨迹作为一条测地线，不存在穿越事件视界的解，就好比双曲函数里的渐近线，无限接近永不达到，更不提穿过了。 编辑于 2011-04-261：先说引力的事，你在地球上与地面平行扔一个石头，扔出的速度越慢，石头落地的时间越短。假如你力气很大，你把石头扔出，石头在空气中飞了1个小时落地了，好吧，你可以有更大的力气，你把石头扔出后，石头绕地图转了一圈，回到你脚下时，落地了。如果，你再稍稍用点力， 发现石头不会落地了（不考虑大气的阻力），它开始绕地球转了。 这时，石头变成了人造卫星。而你扔出石头的速度必须达到7.9km/s，这时石头会绕着地表转。这个速度叫第一宇宙速度，也叫环绕速度。公式：
石头绕地球作圆周运动的力来自万有引力：
这个力的大小：
F＝GM*m/r^2 ＝m v^2/r
G:万有引力常数，已知值
M：地球质量,已知
m: 石头的质量，已知
r: 地图的半径, 既圆周运行的半径，已知
v:石头圆周运行的速度
可以算出，v^2＝GM/r, 可以算出v=7.9km/s
2:好了，在1中，我们看以看到， 如果你在一个星球发射一个绕星球转的 卫星，卫星需的最小发射速度与 这个 星球的 质量与半径有关。 我们把这个星球换成太阳， 如果想 绕太阳 转，速度必须达到：11.2km/s
3: 那如果 想绕 银河系中心转呢？ 还是上面的公式，速度要达到16.7km/s
4: 最后，来看看，假如，有个东西,质量是银河系的几千甚至几万倍， 而半径只有一个芝麻这么大。 （高密度的物质，如中子星，只有芝麻大小，但质量和地球是一样的） ， 如果想绕着它转，速度比须达到299.792458km/s 呢？ 这时你会发现，光只能绕着这个星球转。 但是如果，这星球密度再大一点点， 连光这么高速的东西都 转不起来， 然后 会落到这个 星球表面呢？ 这个星球是黑洞。编辑于 2013-07-02那只有一种原因，就是时空速率要无穷大。无穷大的时空曲率在现实中是否存在，也是个问题，尚未被证实。发布于 2015-12-17你一直往前走为何走不出地球？
两种情况可以类比。发布于 2015-05-10因为光虽然没有静质量，但有能量。对于黑洞来说（或者对于量子物理来说），静质量和纯能量，都是质量的不同表现形式而已，简称，都是质量。都会受到大质量星体如黑洞引力吸引。
事实上太阳那么大的星体，也可以吸引光子，只不过因为太阳质量太小，引力没有强大到完全“吸住”光子，对于飞向太阳的光子来说，只是在靠近太阳的时候，原本直直的飞行轨道，朝太阳稍微那么偏移扭曲了一下下，轨道被太阳掰弯了，然后路过太阳后，远离太阳继续跑了。
如果你是光子，如果你不看任何参照物，你会认为自己是直直的走，但事实上，你的空间方向被太阳引力掰弯了，方向被改变变了，你作为光子，可能被引力“忽悠”到了原本去不到的地方，而你作为光子是不知道的。假设太阳面对地球时，背后有一个光源，在空间上看，光源正好被太阳挡住，作为地球人的你用望远镜本来是无法看到这个光源的。我作为一个光子，从这个光源发出后，原本不可能发射到地球，但因为被太阳引力拉了一下，弯了，恰好就飞到了你的望远镜里，你就看到了太阳背后的那个光源。原本看不到光源却被看到了，这就叫引力透视。
你作为地球人的角度看，你就会看到---------太阳的旁边有一个光源，而不是事实上的太阳后面有一个光源。说明，空间被引力扭曲了。两点之间直线最近，既然光子前进路线被弯曲了，说明你看到的光子，走的路要比本来的直线路径要长，因为光子无法超光速，所以你看到的光子，事实上比你想象的要更早从光源发出，说明时间也被引力扭曲了。
以人的角度观察宇宙，光速决定了时间，光在三个维度的方向决定了空间，因为光子被引力吸引了，运行轨道被扭曲了，所以人观察到的宇宙，靠近引力场的地方，时空被扭曲了。但以光子的角度说，我光子一直都在朝前走，没有异常啊。发布于 2015-12-16 我看还是别扯了
从达利那幅画开始
时间——永恒的时间就被妖魔化了
让我们撸一下自己的脑干
是的 我敬佩霍金
也敬佩爱因斯坦
但我更钦佩实验物理学家的无懈可击的验证
现在越来越多的证据证明
在永恒的物质世界里
所有的幻象都来源于一个命题——即伟大的爱因斯坦那个伟大的相对论
到现在为止，光，这个折磨人的小东西都还没有在广义的世俗的思维当中被归为一个毫不奇怪的类别——————————————物质，坚定的物质，一种轻的，符合牛顿第二定律的物质，他直线行走，匀速前进，碰壁而过，或者是碰壁而入，或者是直线返回————是的，他是物质，不知不扣的物质，既然他会逃逸出来————任何一种物质都有辐射性，而所有的辐射都会总结在一种更宏大的光谱图谱里边的，像牛顿的七色光，像元素周期表，我们貌似已经找到答案：
世界有物质构成，这些所有的物质都因为自身胶合能力和自身内部的运动力而产生变化。
而黑洞应该是我们对于新物质的一种期许————密度非常大，以至于发出的轻微的辐射我们现阶段无法测量，是的，黑洞和光在所有的物质大家庭里，在轻和重这一条直线上，分布在我们现在所认知的两端，就是这样。而时间，则是永恒的彻头彻尾的一个永远的概念。我们所有的人都生活在地球之上，牛顿是最靠谱的。
所有的物质：我们现在无法测量的物质我认为不是我们的认知出了问题，而是我们测量世界的尺子出现了问题我们用老尺子测量新事物，就像是用一个孩子的手去拿一个已经长大的而且是无法把握的东西，毫无疑问，我们的手也要随之长大：
以前我们都知道我们认知大范围包括几种状态：固态，液态，气态，但是在新的范围里这应该也是一条两端无限延长的直线，在这个轴上，根据我们的认知，我们应该再加上两种了，一种排在固态之左，他如此之重，很多人现在叫他黑洞，另一种物质的状态应该是光态，虽然很多人有以太这个概念，毫无疑问，他应该排在这个无限长的物质之轴的气态之右，这种结构与和物质化的构成具有自己的行为方式，可笑的是在现在我们的认知里，在世俗的意义里，他毫无存在，而欧州，美国却在巨大的实验室里如火如荼的研究它，我的想法是这样：
既然世界是如此宏大，我们可以搞一个巨大的宏大的世界物质图谱，这个图谱或者是模型应该是立体的，他无限大，而我们的人类的现在的所有已知，我们可以把他标注出来，就像是牛顿标注光，门捷列夫标注元素一样，当然这个标注的过程，在无限永恒的时间里是永久的，因为我们的研究永远会让这个立体的三维的标注更加详细，在宏观和微观的飞速发展的科学演进方面。我们假设他是一个房子，因为我们现在得认知是能够知道它的大小的，毫无异议，那些依据经典数学做出结论的把戏可以挂在这个房子的墙上做一个装饰品了，因为那是一个完美的平面，他们是如此五体投地的喜欢平面，但在这个房子里——我们用来表示世界的模型里，根本就没有墙，那只是一个边界，一边是已知，外面是未知，我想说的是，这个模型将是立体的，他永远没有时间这个纬度，时间只是我们的所有的家家们完成这个模型的必备的一种美好的等待，等待他更完美，更具有文明的精神。
我们来论述一下光态把，经典的机械力学对他毫无办法，量子力学已经部分的测量了他，是的他是物质，一种特别状态的物质，他是如此之轻可以毫不费力的穿透液态，因为他穿透的物体在他看来就是筛子，孔洞是和缝隙是存在的，这个定理同样也可应用与黑洞——或者我们叫他密固态，因为他也是不折不扣的物质，他也有空洞和缝隙，因为它的结构可以预见也将是会逐渐被发现和测量的，难道不是吗？物理实验学家永远都在发现未知，这种未知在发现之前，任何一种假设都是有意义的，都要等待时间这一个永恒的定义来验证他。
是的液体也有一定的穿透性，他可以毫不费力的进入一些孔洞，而光态也是这样，他的穿透和前进更强而更有独特性，液态的特点是贴近引力，是横向的存在，而光态却是跳跃的，引力对他的影响微乎其微，
我们来描述一下这个房子吧，用三进制的数学尺子来计算他——我要的是立体矩阵——这种对于世间万物最得心应手最毫不费力最形象而且毫无迷宫特质的标注方法。
这个房子的一端是重，一端是轻，霍金先生的螺号是有非常重大的理论意义的，他表达了宏观和微观的无限性和一种经典的科学的演进。对于此的认知，开始于霍金先生！
可笑的是这个三维数学的模型以及创建，将是一个多么美妙的事情，毕竟泡利的平面矩阵已经让我迷迷瞪瞪了，还好，这个工作将是非常有意义的。
这不是答非所问————未知的黑洞就像原始社会的黄金一样，还在一个未被发现的领域，如果有能把光吸入而不会逃逸的物质，那就是一种比固态还要具有不是一个数量级密度的密固态，是的，这才是黑洞。编辑于 2017-03-08
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