黑洞可能是整個宇宙中存在的最極端天體，雖然物質或能量的每一個量子都受到引力影響，但無論到哪裡，除了黑洞內部，都有其他力能夠克服引力。黑洞最重要的特徵是存在事件視界，其他類型的天體都沒有。雖然黑洞有這樣一個區域，那裡的引力非常強大，以至於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，那麼黑洞會吐出光嗎？
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恆星在彼此的軌道上運行，就可以簡單地通過觀察恆星如何隨著時間的推移來推斷黑洞的存在（和質量的存在）。當它在軌道上來回擺動時，可以確定存在的另一個天體參數：
包括質量、軌道間隔距離，如果測量足夠好，甚至可以確定它相對於我們視線的傾角。根據發出的光，可以知道它是一顆恆星、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，圍繞其他恆星旋轉的黑洞，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域，即使是光，那麼我們怎麼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。事實上，如果附近有另一顆恆星，那顆恆星可以作為豐富的物質來源，能夠被虹吸到黑洞上，特別是如果附近的恆星巨大且瀰漫的話。特別是這種系統，創造了天文學家所觀察到的X射線雙星，這就是科學家發現第一個黑洞被探測到的方式。如果把物質分解到亞原子水平，物質是由帶電粒子組成的，當出現在黑洞附近則會：
①快速運動（小於光速）
②與其他物質粒子碰撞
③被加熱
④產生電流和磁場
⑤加速
⑥並發出輻射
一些物質將失去動量，落入黑洞，穿過事件視界，增加黑洞的質量。然而，大部分物質根本不會落入其中，而是會流入一個吸積盤（或者更廣泛地說，是吸積流），它會經歷來自所有加速物質的電磁力。結果是，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，它們與星際介質中的粒子進行動力學相互作用時會發出大量的光。事實上，在星系中心發現的超大質量黑洞中，同樣的物理原理也在發揮作用：
落向黑洞的物質基本上被撕裂，流入吸積流，加速，然後以噴流式結構噴射出來。如果你是黑洞視界之外的一個粒子，但由於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，你將經歷非彈性碰撞、摩擦、電磁力等，換句話說，是所有導致帶電粒子發射輻射的力。
儘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。只要有粒子存在於黑洞視界之外，它們就會產生這種形式的輻射，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徵的X射線輻射。事實上，甚至可以從我們銀河系外觀察超大質量黑洞，並發現同樣的特徵，只是在功率和範圍上都有所放大，同樣的物理原理也在發揮作用，帶電物體在運動中會產生磁場。
這些磁場會沿著一個特定的軸加速粒子，這就是天文學家從遠處觀察到的相對論噴流產生。這些噴流產生粒子和輻射，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象。在黑洞周圍，空間結構是如此嚴重地彎曲，以至於圍繞中心質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，對於真實的（旋轉）黑洞來說，物理比簡單不旋轉的情況要複雜得多。然而，空間的極端曲率意味著，這些光子將產生一個從任何遠處都能看到的環狀結構。光環本身比事件視界更大，空間的曲率使得光環的角大小看起來甚至更大，但這是科學家需要計算的事情之一，以便理解為什麼人類拍攝第一張黑洞事件視界的圖像，出現了著名的甜甜圈形狀。然而，所有這一切，儘管可能很有趣，也會發光，但只出現在還沒有落下黑洞周圍關鍵空間區域的物質：
它們都是留在視界之外的東西，我們看不到任何物質實際進入視界內，並物理卷繞到臨界邊界上所產生的任何東西。然而，如果能創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、其他質量源等隔離），就會得到黑洞本身產生的彎曲空間。與你通常看到的彎曲空間靜態圖片不同，任何靜止的粒子都會感覺到它所佔據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。在平坦的空間裡，這不是什麼大不了的事。能量漲落髮生在量子真空中，在平坦的空間中，量子真空處處具有等價的性質。但是，當有彎曲的空間，特別是在一個方向（朝向黑洞）比在另一個方向（遠離黑洞）彎曲得更嚴重的空間，不同位置的觀察者，會對真空最低能量狀態的正確描述存在分歧。
對於遠離事件視界的人來說，那裡的空間看起來是平的，他們會觀察到一些來自空間更嚴重彎曲區域的低能輻射，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果。空間曲率越大，這種輻射（也就是眾所周知的霍金輻射）發射的速率就越大。輻射的能量只有一個可能的來源：從黑洞的質量中竊取。幸運的是，愛因斯坦最著名的方程E=mc^2準確地描述了這種平衡。
黑洞質量越小，事件視界越小，周圍空間曲率越大。當把這些放在一起，會得到一個令人著迷的發現：黑洞質量越小，它失去質量的速度就越快，發出霍金輻射，然後蒸發。一個孤立的黑洞，通過霍金輻射將其質量輻射出去的速度，對於我們宇宙中任何現實的黑洞來說，都是令人難以置信的慢。y一個太陽質量的黑洞需要10^67年才能完全蒸發，而銀河系中心的黑洞需要10^87年，而已知最大質量的黑洞需要長達10^100年才能完全蒸發！
儘管如此，這是我們可以說來自黑洞視界內部某種形式的能量，影響我們在視界外觀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再出來。黑洞唯一能吐出的東西來自事件視界之外，從粒子到常規光子，甚至從黑洞質量本身獲取能量的霍金輻射。黑洞可能會發出大量的輻射光，但沒有一個光子是從視界內部發出的，雖然黑洞不是洞，但真的是名副其實一樣的洞。也正因為這樣，黑洞吸引人了無數人的幻想，例如很多的科幻題材！
博科園｜文：Ethan Siegel/Forbes Science/S.W.A.B博科園｜科學、科技、科研、科普