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(gè)區(qū)域，那里的引力非常強(qiáng)大，以至于沒有任何東西可以逃脫，即使以光速運(yùn)動(dòng)的光。

黑洞的引力無(wú)法逃脫，這可能有漏洞嗎？黑洞在任何時(shí)候都會(huì)吐出東西嗎？如果會(huì)吐，那么黑洞會(huì)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(wú)論是理論上預(yù)測(cè)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(duì)周圍其他物體產(chǎn)生的引力影響外，根本沒有辦法探測(cè)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(yùn)行，就可以簡(jiǎn)單地通過觀察恒星如何隨著時(shí)間的推移來(lái)推斷黑洞的存在（和質(zhì)量的存在）。當(dāng)它在軌道上來(lái)回?cái)[動(dòng)時(shí)，可以確定存在的另一個(gè)天體參數(shù)：

包括質(zhì)量、軌道間隔距離，如果測(cè)量足夠好，甚至可以確定它相對(duì)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(gè)黑洞（如果根本沒有光的話）。但在我們實(shí)實(shí)在在的宇宙中，圍繞其他恒星旋轉(zhuǎn)的黑洞，實(shí)際上是可以通過輻射探測(cè)到的。你可能會(huì)反駁：因?yàn)槿绻诙词强臻g中任何東西都無(wú)法逃脫的區(qū)域，即使是光，那么我們?cè)趺茨芸吹絹?lái)自黑洞本身的輻射呢？

這是一個(gè)有道理的觀點(diǎn)，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(shí)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(lái)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(gè)黑洞被探測(cè)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(huì)：

①快速運(yùn)動(dòng)（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(chǎng)?

⑤加速?

⑥并發(fā)出輻射

一些物質(zhì)將失去動(dòng)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(huì)落入其中，而是會(huì)流入一個(gè)吸積盤（或者更廣泛地說(shuō)，是吸積流），它會(huì)經(jīng)歷來(lái)自所有加速物質(zhì)的電磁力。結(jié)果是，我們會(huì)看到兩束噴流從黑洞向相反的方向噴出。這些相對(duì)論噴流是由粒子組成的，它們與星際介質(zhì)中的粒子進(jìn)行動(dòng)力學(xué)相互作用時(shí)會(huì)發(fā)出大量的光。事實(shí)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(lái)。如果你是黑洞視界之外的一個(gè)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(yùn)動(dòng)。在你最接近的點(diǎn)時(shí)（軌道的近頂點(diǎn)）將以最快的速度移動(dòng)，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(shuō)，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(wú)線電波到X射線和伽馬射線的整個(gè)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(huì)產(chǎn)生這種形式的輻射，在相對(duì)較近的黑洞以足夠快的速度進(jìn)食情況下，實(shí)際上就能觀察到這種特征的X射線輻射。事實(shí)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(yùn)動(dòng)中會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)。

這些磁場(chǎng)會(huì)沿著一個(gè)特定的軸加速粒子，這就是天文學(xué)家從遠(yuǎn)處觀察到的相對(duì)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(shí)甚至在可見光下也能捕捉到它們。在活躍黑洞和進(jìn)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(diǎn)，對(duì)于真實(shí)的（旋轉(zhuǎn)）黑洞來(lái)說(shuō)，物理比簡(jiǎn)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(gè)從任何遠(yuǎn)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(lái)甚至更大，但這是科學(xué)家需要計(jì)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(huì)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(shí)際進(jìn)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(gè)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(huì)得到黑洞本身產(chǎn)生的彎曲空間。與你通?？吹降膹澢臻g靜態(tài)圖片不同，任何靜止的粒子都會(huì)感覺到它所占據(jù)的空間被拖著到處走，進(jìn)入黑洞；這就像是一個(gè)粒子俗稱的“腳”下空間在運(yùn)動(dòng)，就像它基本上是在移動(dòng)的人行道上一樣。

會(huì)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(chǎng)，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(dòng)。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(jià)的性質(zhì)。但是，當(dāng)有彎曲的空間，特別是在一個(gè)方向（朝向黑洞）比在另一個(gè)方向（遠(yuǎn)離黑洞）彎曲得更嚴(yán)重的空間，不同位置的觀察者，會(huì)對(duì)真空最低能量狀態(tài)的正確描述存在分歧。

對(duì)于遠(yuǎn)離事件視界的人來(lái)說(shuō)，那里的空間看起來(lái)是平的，他們會(huì)觀察到一些來(lái)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(shí)的能量，是量子場(chǎng)在彎曲空間中波動(dòng)的結(jié)果?？臻g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。輻射的能量只有一個(gè)可能的來(lái)源：從黑洞的質(zhì)量中竊取。幸運(yùn)的是，愛因斯坦最著名的方程E=mc^2準(zhǔn)確地描述了這種平衡。

黑洞質(zhì)量越小，事件視界越小，周圍空間曲率越大。當(dāng)把這些放在一起，會(huì)得到一個(gè)令人著迷的發(fā)現(xiàn)：黑洞質(zhì)量越小，它失去質(zhì)量的速度就越快，發(fā)出霍金輻射，然后蒸發(fā)。一個(gè)孤立的黑洞，通過霍金輻射將其質(zhì)量輻射出去的速度，對(duì)于我們宇宙中任何現(xiàn)實(shí)的黑洞來(lái)說(shuō)，都是令人難以置信的慢。y一個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞需要10^67年才能完全蒸發(fā)，而銀河系中心的黑洞需要10^87年，而已知最大質(zhì)量的黑洞需要長(zhǎng)達(dá)10^100年才能完全蒸發(fā)！

盡管如此，這是我們可以說(shuō)來(lái)自黑洞視界內(nèi)部某種形式的能量，影響我們?cè)谝暯缤庥^察到東西的唯一情況。在任何情況下，穿過黑洞視界落入的東西都不會(huì)再出來(lái)。黑洞唯一能吐出的東西來(lái)自事件視界之外，從粒子到常規(guī)光子，甚至從黑洞質(zhì)量本身獲取能量的霍金輻射。黑洞可能會(huì)發(fā)出大量的輻射光，但沒有一個(gè)光子是從視界內(nèi)部發(fā)出的，雖然黑洞不是洞，但真的是名副其實(shí)一樣的洞。也正因?yàn)檫@樣，黑洞吸引人了無(wú)數(shù)人的幻想，例如很多的科幻題材！

博科園｜文：Ethan Siegel/Forbes Science/S.W.A.B

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