光會不會像一顆衛星一樣永遠圍著黑洞旋轉，成為真正的永恆之光？
先說答案：原則上是會的，但是實際上我們看不到。
說到黑洞，大家最為熟悉的大概是科幻電影《星際穿越》中那個著名的“角色”——黑洞卡岡圖雅吧。這個黑洞長這樣：
從它的“照片”上我們發現，卡岡圖雅看起來很亮，並不是想象中的一團漆黑。
你有沒有覺得奇怪，黑洞的定義明明就是任何物質一旦掉進其中就無法再出來，即使是光也不行，所以“黑洞”就是黑乎乎的洞，應該是漆黑一片啊，這光又是哪兒來的呢？
有人想到了霍金輻射，然而這不是答案。因為超大質量黑洞的霍金輻射非常微弱，根本無法被觀測到，而且宇宙中所有已知黑洞的霍金輻射（假設霍金的黑洞輻射理論是正確的）也都無法產生足夠的光被觀測到。
那麼，是《星際穿越》搞錯了嗎？我們知道，《星際穿越》這部電影有一位非常厲害的科學顧問，他就是引力波的發現者、在去年剛剛獲得了諾貝爾物理學獎的基普·索恩教授，索恩教授不久前還來中國做了巡迴演講。很顯然，這樣的物理學家是不可能犯這種低階錯誤的。而且索恩教授還特別說明了，電影裡面的黑洞的圖片是他的團隊根據廣義相對論理論，用超級計算機精確計算得到的，他們的計算結果還發表了學術論文。所以根據廣義相對論理論，這個黑洞的圖片是沒有問題的。
所以我們又回到了起點：這個黑洞周圍的光是哪裡來的呢？
黑洞周圍不可能是絕對的真空，總會有一些氣體，這些氣體在落入黑洞的過程中會把引力勢能轉化成氣體的動能，也就是說氣體的溫度會升高。而高溫的氣體就會發光，因此會產生光。但是，如果如果這些光和這些氣體一頭扎進黑洞裡面，我們也並不會看到這個圖片上的黑洞周圍明亮的“暈”。
卡岡圖雅外面之所以會產生這個明亮的“暈”，原因在開頭我被問到的那個問題中其實已經被提及了——在黑洞周圍，光線會像衛星一樣繞著黑洞轉圈，變成“永恆之光”。
光線在黑洞附近運動的軌跡示意圖，紅色的圓圈表示黑洞的視界。隨著氣體墜入黑洞，光子旋轉著接近黑洞。
但是這個說法並不完全正確。廣義相對論的計算表明，在距離黑洞的視界不遠的地方，光子有一個“亞穩態”的軌道。如果沒有任何干擾，光子就會在這個軌道上永遠運動下去，既不掉入黑洞，也不會逃出來，如果我們能觀測到它，那就能看到這樣的“永恆之光”了。
但是，既然光子不能逃出來，處在黑洞遠方的我們自然也不能看到這些光線，那這個黑洞為什麼又能看起來這麼明亮呢？原因就在於“如果沒有任何干擾”這個條件不可能成立。黑洞周圍物質的運動總是會對光子產生干擾，同時由於這個軌道是“亞”穩態的，而不是絕對穩定的，所以稍微有一點干擾，光線就會偏離這個軌道，最終或者掉進黑洞，或者逃出來被我們看到。由於這些被我們看到的光子都是差不多從這個軌道處逃出來的，所以看起來這個軌道附近就特別明亮。
總結來說，光子旋轉著來到黑洞視界附近，會進入亞穩態軌道，由於軌道並不穩定，其中一部分光子會從軌道逃出來被我們看到，也就形成了我們如卡岡圖雅周圍的明亮光暈；至於那些沒逃出來的光子，無論是掉進了黑洞，還是繼續停留在亞穩態軌道上（機率很小），我們都無法觀察到。
然而實際上，儘管理論上存在這樣的光暈，但如果我們用天文望遠鏡觀察的話依然是看不到這麼明亮的黑洞的。原因很簡單，我們離黑洞太遠，從黑洞附近的“亞穩態”軌道逃到我們這裡的光線實在是太弱了。同時由於我們目前已有望遠鏡的解析度也還遠遠不能達到分辨出來黑洞的程度，所以我們暫時還不能看到《星際穿越》裡面的黑洞的真實模樣。
但是未來，更強大的天文望遠鏡是有可能看到這樣美麗的黑洞照片的，很值得期待吧？當那一天到來的時候，肯定又是燃爆朋友圈的全球大新聞！
