當大量質(zhì)量被壓制在一個很小的空間以內(nèi)時,就會形成黑洞。在這里,“很小”的定義取決于我們要壓縮的質(zhì)量。如果用地球的質(zhì)量創(chuàng)造一個黑洞,我們需要把它塞進一個直徑為三分之二英寸(約為1.7厘米)的小球中。同理,如果要獲得一個和太陽等重的黑洞,就要把這些質(zhì)量壓進一個直徑稍大于3.5英里(約為5.6公里)的球中。

盡管黑洞的制作方法看上去很簡單,但迄今為止還沒有一個實驗室能制造出一個黑洞,并且在可預(yù)見的將來也不太可能實現(xiàn)。但是,我們卻知道大自然是如何處理這些技術(shù)細節(jié)的。引力顯然在這個過程中充當了壓縮機的作用。只要質(zhì)量足夠大,引力就會引起質(zhì)量自身的收縮——直到有其他強悍的力量能阻止它的步伐。在一個不斷燃燒的恒星中,由熱核反應(yīng)引起的氣體壓力可以對抗恒星質(zhì)量引起的引力收縮。而當恒星的核燃料消耗殆盡時,引力會再次占據(jù)主導地位,并進一步壓縮已經(jīng)死亡的恒星物質(zhì),直到電子開始抵抗這個過程。由于鮑利不相容原理(Pauli exclusion principle),電子們非常不喜歡互相擠在一起——根據(jù)這條量子力學的基本原理,兩個電子永遠無法同時占據(jù)相同的量子態(tài)。如果死亡的恒星質(zhì)量小于1.5倍太陽質(zhì)量,這種電子壓力就可以阻止它的進一步收縮,并形成所謂的白矮星。

比白矮星質(zhì)量更大的恒星殘骸將無視電子的阻礙作用。它們自身的引力會繼續(xù)匯聚質(zhì)量,直到不斷增大的壓力把電子和質(zhì)子一個一個擠壓在一起,從而將幾乎所有質(zhì)量都轉(zhuǎn)化為中子。1這些中子——同樣不大喜歡分享自己的地盤——將再次組成反對戰(zhàn)線抵抗進一步的收縮。如果恒星的初始質(zhì)量小于2至3倍太陽質(zhì)量,收縮將在這里停止,一個中子星也就此形成。

但是,即使是中子也不可能無限制地抵抗大質(zhì)量恒星遺骸的引力作用。如果死亡恒星的原始質(zhì)量超過3倍太陽質(zhì)量,中子的努力也將是徒勞的。在這個質(zhì)量以上,引力是不可抵擋的。它將不斷地把物質(zhì)向其自身內(nèi)部牽引,并形成一個密度無限大的物體和一個嚴重扭曲的時空,一個連光都無法逃脫的空間——這就是黑洞。