黑洞若是吞噬一切那我们是如何感知黑洞的? 知乎用户，物理博士 题主问了一个好问题，我想这个问题可能也是在许多科学领域里面让大家很困扰的问题：对于一个看不见、摸不着的东西，我们是怎么研究然后又给出了许多那么笃定的答案的呢？ 其实很简单，任何一个天体、或者说任何一样东西（物体、人物、事件）在这个世界上都不能单独的存在。它总会以各种各样的方式或直接或间接的影响周围的事物。在我们了解一个历史人物的时候，我们会通过了解他周围的人来了解他（譬如说，历史上几乎没有任何对于汪伦的直接记载，但我们却可以通过“桃花潭水深千尺，不及汪伦送我情”看出他的好客），而要想了解一个黑洞，我们可以通过它周围天体和物质的特性来探知它的奥秘。 黑洞最早是一个纯数学上的概念，包括拉普拉斯在内的数学家通过计算，提出如果有一个物体的质量足够大而体积足够小，那它的引力就会大到连光都无法逃离。在爱因斯坦于 1915 年发表广义相对论一个月之后，德国物理学家史瓦西（Schwarzschild）得到了一个广义相对论方程的精确解，正式预言了这样一种天体的存在。 正如题主问的一样，在黑洞的概念刚刚提出的时候，黑洞的观测是一个非常大的难题，因为它本身既不发光，也不能反射光，而光几乎是天文学家所能依仗的唯一的工具。但随着物理学家们对广义相对论认识的加深，以及对各种极端情况下电磁运动的研究，我们现在能很确切的了解黑洞及周边天体的结构，并且能预言出这些结构会导致的种种可观测效应。所以，我们可以通过观测其他的天体现象来间接判断黑洞的存在。目前比较被接受的黑洞观测方法有三个： 一、引力效应。太阳有巨大的质量，地球也因此受到太阳的引力。可是地球并没有坠入到太阳里去，而是绕着太阳一圈一圈的旋转。和太阳一样，黑洞也有巨大的质量并对周围的天体产生引力。而和大部分人想象的不同，并不是所有的东西都会被黑洞吸引到黑洞中心的奇点。如果有一个物体在黑洞的“事界”（event horizon）之外，那黑洞对于这个物体就会和太阳对于地球一样，让它绕着自己旋转。所以，如果我们观测到有许多恒星绕着某个似乎空无一物的区域旋转，那我们可以肯定的是那个空无一物的区域有一个质量巨大的天体。什么样的天体会质量巨大而又不可观测呢？除了黑洞，也就是遵循黑暗森林法则的外星生物了（参见《三体》）。鉴于后者是科幻小说，科学家们倾向于选择前一种可能性。下图是对于我们银河系中心黑洞的一个观测。在 10 年的时间里（1992～2002）科学家们观测到了这些恒星对于图中十字区域的圆周运动，证明了黑洞（候选）的存在。 二、引力透镜（gravitational lensing）。根据广义相对论，质量巨大的物体会弯曲周围的时空。而直接的结果，就是形成一种类似放大镜的效应。当有黑洞存在于我们和某些遥远天体之间时，来自遥远天体的星光会被途中的黑洞弯曲和汇聚。下图是引力透镜的效应观测到时的样子： 三、活动星系核（Active Galactic Nucleus，简称 AGN，翻译可能不准确）。单独而孤立的黑洞几乎是不存在的。每一个黑洞附近，都或多或少有一些天体，慷慨的奉献着自己的“血肉”养育着黑洞。黑洞这玩意吃东西的时候一点也不文雅，它不仅大快朵颐的汤水四溅，而且是名副其实的大款——吃一碗倒一碗。在这些物质被黑洞的引力捕获并吞噬的过程中，各种带电粒子由于互相之间的摩擦会辐射出大量的高能射线（汤水四溅）；而由于动量守恒和磁场的扭曲，很大一部分的带电粒子本身也被黑洞以接近光速的速度甩出来（倒的那一碗）。这些高能射线（主要是 X 射线和伽马射线）和带电粒子会遵循一个特定的方向（垂直于吸积盘，也就是 accretion disk 的方向。这些翻译过来的词听着都很奇怪）从黑洞向外喷射。而如果这些喷射出来的射线和粒子处于能被观测到的方向，我们就又能间接探测到黑洞的存在了。下图是一个 AGN 的模型（这个模型现在还没有直接观测结果的证实，但被物理界广泛接受和认可）： 所以再总结一下对题主的回答：虽然黑洞吞噬一切，包括光，我们仍然可以通过多种方式去研究和探索，并且观测和感知到它的存在。 也许直到人类灭亡的那一天我们也不可能“看”到黑洞究竟长什么样，也许我们永远也不会有黑洞的幸存者讲述劫后余生的故事。但是人类对知识的渴求，对宇宙的探索，会让我们的脚步越走越远，和黑洞中心的奇点无限接近。 查看知乎原文
