黑洞可能是整個宇宙中存在的最極端天體，雖然物質(zhì)或能量的每一個量子都受到引力影響，但無論到哪里，除了黑洞內(nèi)部，都有其他力能夠克服引力。黑洞最重要的特征是存在事件視界，其他類型的天體都沒有。雖然黑洞有這樣一個區(qū)域，那里的引力非常強大，以至于沒有任何東西可以逃脫，即使以光速運動的光。黑洞的引力無法逃脫，這可能有漏洞嗎？黑洞在任何時候都會吐出東西嗎？如果會吐，那么黑洞會吐出光嗎？

黑洞最令人驚訝的事情是：黑洞根本不是黑色的（無論是理論上預(yù)測的，還是直接觀察到的）。如果黑洞是完全黑的，除了黑洞可能對周圍其他物體產(chǎn)生的引力影響外，根本沒有辦法探測到它們。如果我們有一顆黑洞和一顆恒星在彼此的軌道上運行，就可以簡單地通過觀察恒星如何隨著時間的推移來推斷黑洞的存在（和質(zhì)量的存在）。

當(dāng)它在軌道上來回擺動時，可以確定存在的另一個天體參數(shù)：包括質(zhì)量、軌道間隔距離，如果測量足夠好，甚至可以確定它相對于我們視線的傾角。根據(jù)發(fā)出的光，可以知道它是一顆恒星、還是一顆白矮星、一顆中子星，或者甚至是一個黑洞（如果根本沒有光的話）。

但在我們實實在在的宇宙中，圍繞其他恒星旋轉(zhuǎn)的黑洞，實際上是可以通過輻射探測到的。你可能會反駁：因為如果黑洞是空間中任何東西都無法逃脫的區(qū)域，即使是光，那么我們怎么能看到來自黑洞本身的輻射呢？這是一個有道理的觀點，但你必須理解的是，黑洞視界之外的空間不一定沒有物質(zhì)。

事實上，如果附近有另一顆恒星，那顆恒星可以作為豐富的物質(zhì)來源，能夠被虹吸到黑洞上，特別是如果附近的恒星巨大且彌漫的話。特別是這種系統(tǒng)，創(chuàng)造了天文學(xué)家所觀察到的X射線雙星，這就是科學(xué)家發(fā)現(xiàn)第一個黑洞被探測到的方式。如果把物質(zhì)分解到亞原子水平，物質(zhì)是由帶電粒子組成的，當(dāng)出現(xiàn)在黑洞附近則會：

①快速運動（小于光速）
②與其他物質(zhì)粒子碰撞
③被加熱
④產(chǎn)生電流和磁場
⑤加速
⑥并發(fā)出輻射

一些物質(zhì)將失去動量，落入黑洞，穿過事件視界，增加黑洞的質(zhì)量。然而，大部分物質(zhì)根本不會落入其中，而是會流入一個吸積盤（或者更廣泛地說，是吸積流），它會經(jīng)歷來自所有加速物質(zhì)的電磁力。結(jié)果是，我們會看到兩束噴流從黑洞向相反的方向噴出。這些相對論噴流是由粒子組成的，它們與星際介質(zhì)中的粒子進行動力學(xué)相互作用時會發(fā)出大量的光。事實上，在星系中心發(fā)現(xiàn)的超大質(zhì)量黑洞中，同樣的物理原理也在發(fā)揮作用：

落向黑洞的物質(zhì)基本上被撕裂，流入吸積流，加速，然后以噴流式結(jié)構(gòu)噴射出來。如果你是黑洞視界之外的一個粒子，但由于引力被束縛在黑洞上，你將被迫繞著它沿橢圓軌道運動。在你最接近的點時（軌道的近頂點）將以最快的速度移動，這給了你與其他粒子相互作用的最大可能性。如果它們存在，你將經(jīng)歷非彈性碰撞、摩擦、電磁力等，換句話說，是所有導(dǎo)致帶電粒子發(fā)射輻射的力。

盡管輻射覆蓋了從低能無線電波到X射線和伽馬射線的整個電磁譜，但它只是所有形式光的總稱。只要有粒子存在于黑洞視界之外，它們就會產(chǎn)生這種形式的輻射，在相對較近的黑洞以足夠快的速度進食情況下，實際上就能觀察到這種特征的X射線輻射。事實上，甚至可以從我們銀河系外觀察超大質(zhì)量黑洞，并發(fā)現(xiàn)同樣的特征，只是在功率和范圍上都有所放大，同樣的物理原理也在發(fā)揮作用，帶電物體在運動中會產(chǎn)生磁場。

這些磁場會沿著一個特定的軸加速粒子，這就是天文學(xué)家從遠處觀察到的相對論噴流產(chǎn)生。這些噴流產(chǎn)生粒子和輻射，甚至可以從地球上捕捉到它們，有時甚至在可見光下也能捕捉到它們。在活躍黑洞和進食的某些情況下，甚至可以觀察到一種被稱為光子球的壯觀現(xiàn)象。在黑洞周圍，空間結(jié)構(gòu)是如此嚴(yán)重地彎曲，以至于圍繞中心質(zhì)量形成圓形和橢圓形軌道的不僅僅是粒子，甚至還有光子：光的本身。

光子球比事件視界稍大一點，對于真實的（旋轉(zhuǎn)）黑洞來說，物理比簡單不旋轉(zhuǎn)的情況要復(fù)雜得多。然而，空間的極端曲率意味著，這些光子將產(chǎn)生一個從任何遠處都能看到的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。光環(huán)本身比事件視界更大，空間的曲率使得光環(huán)的角大小看起來甚至更大，但這是科學(xué)家需要計算的事情之一，以便理解為什么人類拍攝第一張黑洞事件視界的圖像，出現(xiàn)了著名的甜甜圈形狀。然而，所有這一切，盡管可能很有趣，也會發(fā)光，但只出現(xiàn)在還沒有落下黑洞周圍關(guān)鍵空間區(qū)域的物質(zhì)：

它們都是留在視界之外的東西，我們看不到任何物質(zhì)實際進入視界內(nèi)，并物理卷繞到臨界邊界上所產(chǎn)生的任何東西。然而，如果能創(chuàng)造一個與宇宙中其他一切完全隔離的黑洞（與粒子、輻射、中微子、暗物質(zhì)、其他質(zhì)量源等隔離），就會得到黑洞本身產(chǎn)生的彎曲空間。與你通常看到的彎曲空間靜態(tài)圖片不同，任何靜止的粒子都會感覺到它所占據(jù)的空間被拖著到處走，進入黑洞；這就像是一個粒子俗稱的“腳”下空間在運動，就像它基本上是在移動的人行道上一樣。

會有彎曲的空間，事件視界，還有物理定律。物理定律告訴我們的一件事是：支配宇宙的量子場，即使在沒有任何粒子的情況下，仍然存在，不可避免地不斷波動。在平坦的空間里，這不是什么大不了的事。能量漲落發(fā)生在量子真空中，在平坦的空間中，量子真空處處具有等價的性質(zhì)。但是，當(dāng)有彎曲的空間，特別是在一個方向（朝向黑洞）比在另一個方向（遠離黑洞）彎曲得更嚴(yán)重的空間，不同位置的觀察者，會對真空最低能量狀態(tài)的正確描述存在分歧。

對于遠離事件視界的人來說，那里的空間看起來是平的，他們會觀察到一些來自空間更嚴(yán)重彎曲區(qū)域的低能輻射，即使在沒有任何粒子的情況下也是如此。這種輻射攜帶著真實的能量，是量子場在彎曲空間中波動的結(jié)果。空間曲率越大，這種輻射（也就是眾所周知的霍金輻射）發(fā)射的速率就越大。