1939年，美国物理学家奥本·海默第一个从理论上提出了黑洞的存在。尽管他的观点在数学上无懈可击，黑洞的概念还是从一开始就受到了大多数物理学家的抵制。但却使公众着迷于黑洞这个概念。公众从未对像白矮星、中子星这些重要的恒星产生兴趣，而黑洞则像彗星一样吸引住了公众的注意力。很奇怪，顶尖的物理学家已为黑洞这一问题苦思冥想了几十年，并且仍在继续着。事实上，公众对黑洞的关注是因为我们很难解释它，这使黑洞成为我们知识的空白，促使每个人都能自由地发挥他们的想象。
宇宙黑洞
许多黑洞的定义都集中在说明它的引力场非常强，以致任何东西甚至光都无法逃离它。
让我们问一个简单的问题：黑洞有多大？
理论上，任何东西都能变成一个黑洞。比如，一颗恒星、一颗卫星、帝国大厦、一头大象、你，或者我，只要有足够的力施加到这个物体上，把它压缩至它的引力场强到可以使空间弯曲、俘获光，这样它就变成了一个黑洞。如果要使地球变成一个黑洞，那么地球就必须比乒乓球还要小。如果要使太阳成为一个黑洞，其半径将只有2.4千米。
实际上，太阳不会变成黑洞，你和我也不会。我们都没有大到可以成为黑洞，而有些恒星大到不可避免地会变成黑洞。正如科学家费里斯在《全部家当》中解释的那样，“每颗健康的恒星都代表两种相反力的平衡。引力要使恒星坍缩。恒星的核产生的向外热辐射，使恒星向外扩张。在向内的引力和向外的热辐射的作用下，处于平衡状态的恒星会有规律地跳动。跳动的脉搏由一种美妙的反馈机制来调节。”这种热和引力间的反馈机制能使恒星燃烧很长时间，对于太阳这将是100亿年，这是太阳寿命的一半。恒星核中的核燃料维持着这种反馈机制，它的燃烧率与恒星质量的立方成正比。这样，如果一个恒星的质量是太阳质量的10倍，那么它的燃烧率就是太阳的1000倍，燃烧得更明亮，但也更短。对于任何尺寸的恒星，只要热和引力之间的平衡被打破，坍缩就将是不可避免的了。
尺寸像太阳那么大或质量只有太阳质量5／7的恒星将变成白矮星。白矮星大小如地球，却具有太阳那么大的质量，它将不再坍缩，因为电子防止了恒星密度的增加。更大的恒星将坍缩得更厉害，常缩小到直径只有16.1千米，它们被称为“中子星”，因为它们的核是由电中性的亚原子粒子组成的。中子星旋转得非常快，能达到1000周／秒，如果它们还有一个磁场的话，那么它们将产生很强而又短促的无线电波束，这使它们得到了“脉冲星”的名称。
更大的恒星可能具有很大的质量，以致它们演化成的白矮星或中子星会继续坍缩下去，这样就将形成黑洞。任何物体包括光，都逃不脱黑洞的吸引，只要它们离黑洞的视界足够接近，它们就会被吞噬。支配宇宙的正常的引力规律在视界处转变为支配黑洞的规律。黑洞是这样一个奇点，在其内部区域特殊的规律起着作用。已有许多不同的理论尝试着详细说明黑洞内部所发生的一切。一些宇宙学家认为，任何掉入黑洞的物体将被拉长，像面条一样，而另一些人则想象着通过黑洞旅行到另一个不同世界的可能性。许多聪明的人为此做了无数的计算，但遗憾的是，还没有人真正知道将发生什么。考虑到宇宙大爆炸理论的某些方面，我们所面对的奇点为描述黑洞提供了一些线索。不管对黑洞的数学描述有多么精致，它只是一个想象的现实。
天文学家观测黑洞存在一个固有的问题。从黑洞的定义可知，它们不能被观测到，只能从它们周围的其他恒星和星系的表现来推断黑洞的存在。随着1994年对哈勃望远镜的修复和X射线望远镜的发展，人们不断进行观测，积累有用的信息。20世纪90年代后半期和21世纪的开头，根据记录的数据，许多有关黑洞的预言都被证实。在过去的若干年中，几乎所有的宇宙学家都认为我们已拥有了证明黑洞存在的证据。然而事情常常是这样的，当不断获得新的信息时，它在解决问题的同时也不断地带来新的问题。
自1974年天鹅座X-1被普遍认为是黑洞的最佳候选者以来，天文学家就一直在这方面不懈地努力着。天鹅座X-1是一个由两颗恒星组成的双星系统，这样的系统在宇宙中很常见，但天鹅座X-1的特别之处在于：用光学手段进行观测时，一颗恒星很亮，但用X射线进行观测时就变得很暗了；另一颗正好相反，光学观测时很暗，X射线观测时就很“亮”。前一颗恒星看来在绕后一颗旋转。利用数学公式，会发现那颗暗星太重，不会是中子星，非常可能是一个黑洞。
天鹅座X-1是黑洞这一结论，既有从哈勃望远镜得到的光学观测证据，也有X射线观测证据。其他的新信息更具有挑战性。正如一些天文学家所预言的，20世纪90年代后期的观测证据表明存在两种不同的黑洞。科学家正在找的不光是具有天鹅座X-1这样典型双星系统质量的黑洞，还包括质量为10亿倍太阳质量的黑洞。这样的超级黑洞不断在星系中心被发现，到2001年为止已发现了30个。这些都是通过测量黑洞周围被黑洞所吞噬的高速旋转气体的速度得到的。
结果表明，星系越大，其中心的黑洞就越大。并且，这些超级黑洞好像只存在于椭圆状星系的中心，而且星系中心有—个致密的恒星群突起，没有中心突起的星系则没有黑洞。银河系有一个相对较小的中心突起，它有黑洞，但黑洞的质量只有几个太阳那么大。不管黑洞很大，还是相对较小，从所观测到的数据来看，黑洞的质量只相当于星系中心突起部分质量的0.2％。
宇宙学家检验着这些证据，并越来越确信黑洞可能是形成它周围星系的种子。在一个小组发现了3个超级黑洞后，小组的领导、密歇根大学的里奇斯通于2000年1月说道：“不知何故，这些黑洞在决定它们的质量时，它们似乎知道它们所处的星系的质量；或者，当星系正在形成时，它知道它周围黑洞的质量。”在量子层次上，人们早就认识到电子能知道彼此在做些什么，但在星系尺度上发生这种情况同样使宇宙学家感到既神秘又兴奋。现在，这就是一个先有鸡还是先有蛋式的争论：是先有星系还是先有黑洞呢？有些科学家认为先有黑洞，另一些科学家则认为它们是交错发展的。
渐渐地，越来越多的科学家开始认为确实存在黑洞。但直到20世纪90年代后期，哈勃望远镜才开始清晰地观测星系，确定黑洞的存在。然而，黑洞仅仅是刚刚开始透露它们的秘密，与此同时它们又在增加新的秘密。它们是揭开宇宙如何工作之谜的钥匙，在以后相当长的一段时间内，它们所带来的答案会跟它们所产生的复杂问题一样多。
