黑洞的提出
根据奥本海默在1939年的说法，大质量天体坍缩到某一临界体积时，会形成一个封闭的边界，强大的引力使界外的物质和辐射只能进入，不能逸出，消失在黑暗中，这便是所谓黑洞。黑洞的理论是优美的，但我们目前还无法观察到孤独的黑洞。对黑洞的认识，可能会给人类的物质观、运动观带来巨大的变革。
有人认为，黑洞中可能既没有空间，也没有时间，那里存在时空隧道，是进行星际飞行的走廊。
如果宇宙中确实存在黑洞的话，那它像饥饿的无底洞，永远也填不饱。因此有人又把它叫做“星坟”。
黑洞的物理研究
相信大家对逃逸速度一词并不陌生，它是指地球表面上的火箭要飞出地球的引力控制所必须具有的速度，其大小为11.2千米／秒。其数学表达形式为：
V-逃=2GMR其中G是万有引力常数，其数值为：
G＝6.67×10１１牛顿·米+2/千克+2
M是地球的质量，R是物体至地心的距离。
假定地球的半径由于某种原因缩小到原来的1／4而质量不改变，那么其表面的引力就会增强到原来的16倍，此时所要求的逃逸速度是22.4千米／秒。为了理解引力坍缩，我们设想将地球的周长从40 000千米缩小到10千米，这时火箭的速度要达到708千米／秒才能逃出地球。如果进一步把地球周长缩小到5.58厘米，则逃逸速度就达到了光速——每秒30万千米。这时不要说火箭，连宇宙中速度最快的光也逃不出弹丸般的地球的引力束缚了，地球上的任何信息都不可能送到外界去了。从外面的世界看来，它已经死了，只留下一个周长为5.58厘米的“墓穴”。
黑洞的边界也就是外界观测者视线的边界，所以叫做视界。黑洞的半径就是其引力半径。
根据上式，令V+逃为光速c，则可得引力半径R-g为：
R-g=2GMc+2
从上式中可以看出，引力半径同质量成正比。引力半径R-g的物理意义是：如果某天体的半径R小于其对应的R-g，则此天体发出的光也逃不出去。注意，黑洞的视界并不是物质面，它的物理意义是指外部观测者(R＞R-g)不可能知道其内部(R＜R-g)的任何信息。
天体紧缩到光线不能往外逃逸所要求的临界半径称为史瓦西半径。太阳的这种半径大约为3千米，就是说如果把太阳物质紧缩到半径为此值或更小的一个球内，它的光线就休想往外逃逸了。任何物体的史瓦西半径都可以算出来。质量愈小，这种半径也愈小。对应于一个人体质量的史瓦西半径实在微小，如果用厘米为单位来表示，就是小数点前面一个零，小数点后面要先来21个零才出得来非零数字。如果把一个人的质量挤紧在如此小的半径范围中，光线就不能由此人逃逸到外界了。
我们还可以观察一颗10倍太阳质量恒星变成黑洞的过程：
这颗星经过约3000万年的核燃烧，核燃料已经烧尽。由于它质量很大，电子和中子简并压力都阻挡不住这样的坍缩，坍缩由慢变快。由于恒星表面引力场强的增高，根据业已证实的广义相对论预言，星体表面上以某个角度发出的光会沿弯曲的轨迹运动。随着坍缩的进行，轨迹的弯曲会日益严重。在星体收缩到1.5倍引力半径之前，表面发射的光都能逃脱到外界空间去；但是在此之后，表面按切线方向射出的光将被俘获在星体上空的一层球状云中，然后再慢慢泄漏出去。所以远处的观测者在坍缩过程的以后阶段，始终能看到这颗星在1.5倍引力半径时的光圈。当星体继续坍缩进入引力半径时，便没有光子可以逃出去了。然而远处的观察者并不会看到它突然消失，因为当这颗星进入1.5倍引力半径以后，被俘获在光子云中的光还在逐渐泄漏出去；而在星体进入引力半径前夕，垂直于星面发出的光也在冲破引力的束缚，慢慢泄漏出来。由于这部分光要摆脱较强的引力，从而失去较多的能量，并且光的强度衰减得很快，所以实际上将看到这颗星在逐渐变暗变红的过程中消失掉。
由于引力坍缩而成为黑洞的星体进入引力半径之后，将会发生什么情况呢现有的物理学知识告诉我们，引力半径内的物质和辐射将会被无穷大的引力压缩到无穷大的密度，这就是所谓“奇点”状态。如果一个理论出现了奇点，就意味着它的破产。这说明，在奇点附近这样极端的物理条件下，我们现有的理论是不能应用的，必须用新的理论来描述。物理学发展到这一步，也希望数学上有新的突破。
寻找黑洞
追溯起来，黑洞概念并不是新的，法国著名的数学家拉普拉斯早在1789年就已经预言过了。他认为，假如有一个天体，它的密度或质量达到一定的限度，我们就会看不到它了。因为光没有能力逃离它的表面，也就是说，光无法到达我们这里。不过黑洞引起科学家普遍关注，还是在爱因斯坦广义相对论公布之后。人们根据爱因斯坦的理论，就黑洞存在的条件及形成原因等问题，进行了探索。直到1965年测到的一束来自白天鹅星座的X射线，才真正打开了人们探测黑洞的大门。这一奇特的天体，被当时的天文学家命名为“天鹅座1”。经研究证实，这是一个明亮的蓝色星体，它还有一颗看不见的伴星，质量要比太阳大20倍。又过了几年，科学家根据“天鹅座1”发射出来的强射线，找到了编号为HDE-{22}6868的星体，它就是X射线的射线源。这是一个巨大无比的星体，质量为太阳的30倍，它围绕另一颗星高速运转。后经研究认为，X射线不是从HDE-{22}6868上发射的，而是由绕它运行的伴星上发射的，通过计算，这颗伴星质量是太阳的8倍，但看不到它的位置。到目前为止，这是黑洞最理想的候选者。
时至今日，虽然黑洞还没有被真正捕捉到，但人们对黑洞的存在却是确信无疑的，也许一些星团的中心就是黑洞，大概银河系中心就是一个大质量的黑洞。除了大黑洞之外，很可能还存在比小行星还要小的黑洞。甚至还有人认为地球上也存在黑洞。这些还都属于假说，但总有一天，人们会揭开黑洞的神秘面纱。
