物理学史上，惠更斯的波动光论与牛顿的粒子光论交锋，堪比哲学史上洛克与莱布尼兹关于人类理智的论战。光如果是粒子，就会在交叉时发生碰撞而改变方向，不会形成光束；光如果是一种波，就能绕过障碍物，而不会形成影子。那么光究竟是波还是粒子呢？量子力学给出了答案——光具有波粒二象性，既可以看作波，也可以看作粒子。这样，辩证法的矛盾论再次战胜了形而上学的非此即彼。

从波的角度看，光如何应对引力，我们还不清楚。但如果认为光是由粒子，那么就可以推断，光也会像火箭、飞机、炮弹一样，受到引力的作用——也就是说光会也被天体所吸引。

什么是黑洞？

根据光被引力吸引的假设，1783年剑桥的一位教师约翰·米歇尔发表了一篇论文。文中指出，存在某种质量足够大且致密的恒星，它们可能有很强的引力场，以至于光都无法逃逸出去。这种恒星由于引力太大，所以它表面所发出来的光在传播出去前又被吸引了回去。因此我们看不到它们，但能够检测到它们的引力。

几年后拉普拉斯也提出类似的观点，但他很快又放弃了，因为他认为光不可能像火箭那样，因为引力的作用而减慢或加快，更不可能在已经发出后又被引力吸收回去，它只会不停的上升，远离发射体。

广义相对论认为光和物体的运动一样，受到引力场的作用，会偏向引力源。光在恒星表面附近稍微向内偏折，恒星的质量越大、引力场越大，光的偏折就会越大。基于此，英国物理学家罗杰·彭罗斯运用广义相对论中光锥的行为方式以及引力总是吸引的事实，证明：在自身引力作用下而塌缩的恒星，会被限制在某一区域内，该区域的边界最终会收缩至大小为零。这意味着，该恒星的全部物质将被压缩入一个零体积的区域内，因此物质密度和时空曲率变成无穷大。

这样光线的偏折率也会无限大，以至于被吸引进去，无法逃逸出来，这种奇妙的天体就是黑洞。

广义相对论认为光经过质量巨大的恒星会因引力而发生偏折恒星的生命周期

黑洞是恒星塌缩后形成的，所以我们得先了解恒星的生命周期。

吸引与排斥是宇宙中存在的两种倾向，就像阴阳理论一样，有阴必有阳，有吸引必有排斥，万物总是在它们的平衡之下才能存在。但引力和排斥究竟从何而来，我们都不知道。正像古人说的“动静无端，阴阳无始”一样，我们研究恒星的生命周期只能以引力为起点，还无法推断引力是本来就存在的还是另外生成的。

恒星是在大量气体——主要是氢——在其引力作用下开始向其内部收缩之时形成的。收缩时，气体原子频繁地高速碰撞，炽热起来。最终气体的温度变得非常高，以至于当氢原子碰撞时，它们不再互相反弹，而是互相融合成氦原子，形成氢核聚变。聚变释放出的能量使得恒星能够发光，形成一个与引力反向的斥力，抵消了引力的吸引，于是开始停止收缩，达到相对平衡，恒星也将长期保持在这个平衡状态。

如果核聚变释放的能量超过内部吸引，恒星就会变得越来越大。但越大的恒星耗尽燃料的速度就越快。恒星一旦燃料耗尽，排斥的力量又重新被吸引超过，从而走向冷却与塌缩。

恒星演变周期黑洞是怎么形成的？

恒星燃料耗尽，塌缩以后会变成什么样子呢？一位名叫昌德拉塞卡的物理学家研究了这个问题。

当恒星塌缩时，各种物质粒子互相靠得越来越近。但是根据泡利不相容原理，两个物质粒子不能既有相同的位置，又有相同的速度。这使得它们又互相排斥，重新抵御引力。所以，由于引力的吸引与不相容原理产生的排斥之间的平衡，恒星可能使自己保持一个恒定的半径，这正像它生命的早期，引力被热所平衡一样。

当然，由不相容原理所提供的排斥力有一个极限。当恒星密度足够大时，不相容原理产生的排斥就可能小于引力的吸引，从而继续塌缩。昌德拉塞卡计算出质量大于太阳约1.5倍的冷恒星可能无法抵抗引力，从而继续塌缩。

如果恒星的质量小于昌德拉塞卡极限，不相容原理所产生的斥力就足以抗衡引力，从而使恒星停止塌缩，或者变成白矮星，由电子排斥来对抗引力；或者变成中子星，由中子和质子的不相容来平衡引力。

如果恒星的质量超过了昌德拉塞卡极限，那么它就会不断地塌缩，当它塌缩到某个临界半径时，光锥的偏斜程度导致光再也无法逃逸，任何光线经过这个天体都会被它吸收进去。而且根据相对论，光速是宇宙中最大的速度，连光都无法逃逸，那么其他物体就更无法逃逸了。这片能够将所有物质吸收进去的时刻区域被称为黑洞，它的边界就是事件视界。

太阳、中子星与黑洞的时空弯曲程度物质掉入黑洞后会变为虚无吗？

物质循环与物质守恒理论很早就被哲学家们提出来了，如古罗马的卢克来修、北宋的张载等，物理学用动量守恒、能量守恒等原理来证明这种观点。

根据热力学第二定律，孤立系统的熵永远不会随时间的增加而减少。而且，当两个系统合并时，合并后系统的熵大於单个系统的熵之和。例如假设开始时，我们把所有气体都隔在盒子的左半边；当我们抽掉隔板后，气体就会流到右半边去，并充满整个盒子。比起最初全部集中在左边的状态来说，被气体充塞的盒子里是一种较少有序、较多无序的状态，也就是说熵增加了。

如果物质进入黑洞后变成了虚无，或者说黑洞内的物质、信息随着黑洞的蒸发而永久消失，那么总熵不会变大，反而变小，违反了热力学第二定律，形成“黑洞（霍金）悖论”。为了解决这个问题，霍金进行了思考，后来他提出个假设——只要有物质落入黑洞，事件视界的面积就会增大。

基于这个假设，霍金进一步推论：如果物质坠入黑洞不会使熵减少，那么它们就不会凭空化为虚无——黑洞内部一定还有熵，如果内部有熵就意味着黑洞有温度。而温度不为零的物体必定要产生辐射，因此黑洞不单单是吸引，它也会向外部辐射出东西！

霍金说：“黑洞辐射的存在似乎意味着引力塌缩并非如我们曾经认为的那样，是最终的和不可逆的。”如果一名宇航员掉进了黑洞，那么黑洞的质量将会相对增加。最终，与这部分增加的质量等价的能量将以辐射的形式返回宇宙。——物质循环与物质守恒理论继续有效。

黑洞不只吸收，还有辐射霍金与黑洞辐射与蒸发理论

1973年霍金访问莫斯科，从苏联专家那得到启示——“他们使我认识到，根据量子力学的不确定原理，旋转的黑洞应该产生并发射粒子。”

黑洞的辐射理论认为带负能量的虚粒子落入黑洞后，会变成实粒子辐射出去。实粒子不断通过辐射而逃逸出黑洞，同时又被不断落入的负能量粒子所平衡，负能量的粒子减少了黑洞的质量，黑洞的质量越小，温度就会越高，同时辐射也会越多。

当辐射的力量超过吸引时，黑洞就开始损失质量，并且最终蒸发掉。霍金假设了一种太初黑洞，它们的初始质量为10亿吨，寿命大约与宇宙相等，可能仍以X射线和γ射线的形式在辐射。因为这些射线与光波相似，只是波长短得多——“这样的黑洞就很难配得上黑的称号，它们实际上是白热的，并且大约1万兆瓦的功率辐射能力。”

霍金对黑洞辐射及蒸发理论很有信心，他说：“如果我们关于广义相对论和量子力学的其它观念是正确的，那么黑洞就必定会像热的物体一样发出辐射。因此虽然我们还没有把握找到太初黑洞，但大家的共识是：如果我们找到了，那它必定在发射出许多γ射线和X射线。如果我们确实找到了一个这样的黑洞，我将获得诺贝尔奖。”

当然，我们又得回到拉普拉斯的问题上来，光速是宇宙中最快的速度，如果连它都无法逃逸出黑洞，那么黑洞里辐射出来的粒子又是怎么实现逃逸的呢？