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黑洞是什么？黑洞是什么時候形成的？天文學家能看到黑洞嗎？黑洞的“視界”是什么？
黑洞是廣義相對論方程所預測的理論產(chǎn)物。當一顆質(zhì)量足夠大的恒星發(fā)生引力坍縮時，它的大部分或全部質(zhì)量被壓縮到一個足夠小的空間。
在那個點上產(chǎn)生無限時空曲率(奇點)，在此時黑洞就形成了。如此巨大的時空曲率不允許任何東西逃離“視界”或邊界，就算是連光都不行。
盡管觀測結(jié)果與黑洞產(chǎn)生影響的預測相符，但黑洞從未被直接觀測到。存在少量替代理論來解釋這些觀測，比如磁層永久坍縮天體(MECOs)，雖然其中大多數(shù)觀測都避開了黑洞中心的時空奇點，但絕大多數(shù)物理學家認為，黑洞理論是這些觀測的最有可能物理解釋。
在18世紀，有人提出超大質(zhì)量的物體可能會吸引光進入其中。牛頓光學是一種視光為粒子的微粒理論。
約翰·米歇爾(John Michell)在1784年發(fā)表了一篇論文，預測一個半徑是太陽半徑500倍(但密度相同)的物體，由于其表面的逃逸速度將達到光速，所以人類無法觀測到它。然而，在20世紀隨著光波理論的興起，人們減弱了對這一理論的興趣。
在近代物理學中科學家很少提及這些理論產(chǎn)物，為區(qū)別于真正的黑洞，它們被稱為“暗星”。
1916年，愛因斯坦發(fā)表了廣義相對論。幾個月后，物理學家卡爾·施瓦茨柴爾德(Karl Schwartzchild)提出了一個意想不到的結(jié)果—球形質(zhì)量愛因斯坦方程的解(稱為施瓦茨柴爾德度規(guī))。
表示半徑的術(shù)語有一個令人不安的特征。似乎在一定半徑下，這一項的分母將變?yōu)榱悖@將導致這一項在數(shù)學上“爆炸”。這個半徑，稱為Schwartzchild半徑，rs，定義為：
rs = 2 GM/ c 2
G是重力常數(shù)，M是質(zhì)量，c是光速。
事實證明，施瓦茨柴爾德的工作對理解黑洞至關重要，所以將他的名字翻譯成“黑盾”是一個奇怪的巧合。
如果一個物體的質(zhì)量M在rs內(nèi)，我們認為它是一個黑洞。從半徑來看黑洞重力的逃逸速度是光速，所以rs指視界。黑洞通過引力把物質(zhì)吸進來，但這些物質(zhì)中沒有一個能逃脫。
黑洞常被解釋為物體或質(zhì)量“落入”其中。
在X到達rs時它將凍結(jié)，Y觀察到X上理想化的時鐘慢下來
在rs達到無窮大，Y觀察X紅移的光(此時X變得不可見——但不知何故我們?nèi)匀荒芸吹剿鼈兊臅r鐘。理論物理學是不是很偉大?)
理論上，X可以感知到明顯的變化，盡管一旦它穿過rs，它就不可能逃脫黑洞的引力。(即使是光也無法逃離視界。)
在20世紀20年代，物理學家蘇布拉馬尼揚·錢德拉塞卡推斷，任何質(zhì)量超過1.44倍太陽質(zhì)量的恒星(Chadrasekhar極限)在廣義相對論下必然會坍縮。物理學家阿瑟·愛丁頓相信某些性質(zhì)可以防止坍塌。從不同的角度看，他們都是對的。
羅伯特·奧本海默在1939年預測，一顆超大質(zhì)量恒星可能會坍縮，從而在宇宙中形成一顆“冰凍恒星”，而不僅僅是在數(shù)學上。坍縮似乎會減慢，因為實際上在它穿過rs點的時候會凍結(jié)。恒星發(fā)出的光在rs點會經(jīng)歷一次強烈的紅移。
不幸的是，許多物理學家認為這只是施瓦茨柴爾德度規(guī)高度對稱性質(zhì)的一個特征，他們認為在自然界中這樣的坍縮實際上不會由于不對稱而發(fā)生。
直到1967年，也就是rs被發(fā)現(xiàn)將近50年后，物理學家斯蒂芬·霍金和羅杰·彭羅斯才證明，黑洞不僅是廣義相對論的直接結(jié)果，而且是人類無法阻止的坍塌。
脈沖星的發(fā)現(xiàn)支持了這一理論，不久之后，物理學家約翰·惠勒在1967年12月29日的一次演講中為這一現(xiàn)象創(chuàng)造了“黑洞”一詞。
隨后的工作包括霍金輻射的發(fā)現(xiàn)：黑洞可以發(fā)射輻射。
黑洞是一個充滿挑戰(zhàn)的領域，吸引了不少想要“探險”的理論家和實驗者。今天，盡管黑洞的確切性質(zhì)仍有疑問，但人們幾乎一致認為黑洞是存在的。有些人認為落入黑洞的物質(zhì)可能會在宇宙的其他地方重新出現(xiàn)，就像蟲洞一樣。
黑洞理論的一個重要補充是霍金輻射，由英國物理學家斯蒂芬·霍金于1974年提出。
高陽