一、黑洞的提出

最早思考黑洞的人是在18世纪后期，法国数学家皮埃尔-西蒙·拉普拉斯（Pierre-Simon Laplace）和英格兰牧师约翰·米歇尔（John Michell）有着同样惊人的想法。在米歇尔和拉普拉斯的时代，牛顿的观点依然有着很强的影响力，牛顿坚信光是由微小的颗粒组成的。天体的几乎所有信息都来源于它们发出的光，如果光是一种微粒，那么光应该会受到引力的影响，就像我们在地球表面扔出一块石头，石头会受到地球引力的作用。

拉普拉斯和米歇尔想知道，是否存在一种质量足够大、密度足够高的恒星，以至于光无法逃离这样的恒星。如果存在这样的恒星，那我们就无法看见它们了。米歇尔在1783年写给亨利·卡文迪许（Henry Cavendish）的信中提出一个观点，他认为一个质量达到太阳500倍，密度与太阳差不多的恒星，引力场可以强到使光线无法逃逸，那么这个天体是不可见的。米歇尔把这种天体称为暗星。他还指出，可以通过暗星对附近可见物体的引力作用而探测到它们。

1796年，拉普拉斯在他的著作《宇宙体系论》中曾预言：天空中存在着黑暗的天体，像恒星那样大，或许也像恒星那样多。一个具有地球同样密度而直径为太阳250倍的星球，它发射的光将被它自身的引力拉住而不能被我们接收到。正是由于这个原因，宇宙中最明亮的天体却很可能是看不见的。

米歇尔、拉普拉斯是从牛顿力学中逃逸速度的概念出发提出暗星这个概念的——即光直接从大质量恒星的表面射出，被恒星的引力减速到停止，然后做自由落体运动回到恒星的表面。实际上引力确实会对光产生影响，但不是米歇尔等人想的那样。牛顿力学至今仍然是我们理解宇宙的可靠工具，可是它不能完备地描述黑洞或黑洞附近的情况。要理解这种极其致密的天体，我们必须转向现代的引力理论——爱因斯坦广义相对论。在相对论中，引力的本质是时空弯曲。

1915年2月，爱因斯坦的广义相对论刚发表一个月，德国天文学家卡尔·史瓦西（Karl Schwarzschild）就得到了一个用广义相对论弯曲空间概念描述的静态球状物体周围引力场的精确解。史瓦西在论文中指出，如果致密天体的全部质量压缩到某一半径范围之内，它周围的空间就因引力而足够弯曲到任何物质和辐射都逃不出来，这样的天体就是黑洞。为了纪念史瓦西，后人将这一半径称为史瓦西半径。任何天体的史瓦西半径仅与其质量成正比。就地球而言，史瓦西半径约为1厘米；木星的质量约为地球质量的300倍，它的史瓦西半径大约是3米；太阳质量是地球质量的30万倍，它的史瓦西半径是3000米。把太阳压缩到半径3000米的范围内，太阳就成为一个黑洞。史瓦西半径对应的球面称为视界，视界以内是黑洞，光不能从黑洞中逃逸。实际上，视界也被称为单向膜，任何物质都只能向视界里面落进去，而不能从视界里面出来。