宇宙的神秘面紗已經被我們輕輕掀起了一小角，人類就像一個好奇的小孩小心翼翼地往裡面瞄了一眼，頓時從頭震撼到腳。但是各位親愛的讀者，你僅僅是看到了真相的冰山一角，後面的風景才將真正挑戰你的思維極限。讓我們順著時空彎曲這條道路繼續往下，看看還有什麼驚人的推論等在前方。
通過水星進動現象和星光實驗，我想我大概已經讓你相信引力確實可以使空間彎曲了。那麼讓我們順著這根線索，繼續深入下去。什麼東西產生引力？對，是質量。質量越大，引力越強；引力越強，空間彎曲得越厲害。請把我們的宇宙空間想像成一張細密的網，任何有質量的物體就像一個球放在這張網上，這個球質量越大，體積越小，則在這張網上下陷得就越深。剛開始只是像一個小小的凹陷坑，但是隨著下陷的深度越來越大，就會越來越像一個空間中的「洞」。
【圖5-12】質量越大的物體在空間上形成的洞越深
任何掉進這個洞裡面的東西想要出來，就好像井下的青蛙想要跳出來，必須達到一個能逃出來的最低速度才行，我們稱這個速度為「逃逸速度」。地球也會在宇宙空間中形成一個「洞」，不過地球質量很小，這個「洞」充其量也就像是沙灘上的一個屁股印。那麼要從地球上逃逸出去的速度是多少呢？這個在牛頓時代人類就會計算了（當時的人類並不知道引力是空間彎曲這個概念，當然更不可能有什麼「洞」的概念，但是從研究運動和力的關係出發，同樣能計算出逃逸速度），是11.2千米/秒，這也叫作第二宇宙速度。這個速度大約是民航客機速度的40倍，所以要發射衛星到太空去用飛機是不行的，非得用火箭才行。逃逸速度的值取決於天體的質量和半徑這兩個參數，用個形象的比喻，就是同樣重量的木球和鐵球，因為鐵球的體積要小得多，所以造成的洞就會深得多，因此要從這個洞中逃出來的速度也會大得多。大家想想，宇宙中跑得最快的東西是什麼？上一章已經說過了，是光，沒有什麼東西比光的速度還快。那麼有沒有一種可能，這個洞是如此之深，深到令它的逃逸速度比光速還要大，那就意味著連光都休想從洞裡面逃出來，更別提其他任何東西了。如果真有這樣的洞存在，那麼這個洞可真夠黑的，永遠是只進不出。德國天體物理學家史瓦西（Schwarzschild，1873-1916）首先開始思考這個問題，他也是愛因斯坦的粉絲之一。他仔細研究了廣義相對論，通過廣義相對論的引力場方程算出了名垂千古的「史瓦西半徑」（史瓦西自己當然不會給這個半逕取名叫「史瓦西半徑」，這裡先提前借用一下，如果我是史瓦西，寧可不要用我的名字命名，看到後面就知道了）。他的意思是說，任何天體都存在這樣的一個半徑臨界值，如果小於這個半徑，那麼它在宇宙空間這張網上摳出的這個洞就會成為一個名副其實的「黑洞」（這個詞的正式出現一直要到1967年，筆者為了表述方便，提前借用，對嚴謹的學者們說聲抱歉），這個半徑的大小取決於天體的質量。史瓦西計算出來，說如果太陽的半徑縮小到三千米的話，那麼太陽就會成為一個黑洞，什麼光也發不出來了。他還說如果把地球壓縮到半徑只有九毫米的話，那麼地球也可以變成一個黑洞。任何物體，只要有質量，壓縮到史瓦西半徑以內，都會成為一個黑洞。史瓦西半徑之內也被形象地稱之為「視界」之內，因為人類的視線以這個半徑為臨界點，一旦越過這個半徑，就是「全黑」的。史瓦西半徑一公佈出來，立即引起了包括愛因斯坦在內的很多天文學家和物理學家的興趣，吸引了一大批科學家去深入研究這個恐怖的黑洞。只是我們可憐的史瓦西先生在算出史瓦西半徑的當年就死於意外，年僅43歲，真是科學界的一大損失，為了紀念他，就把這個天體要成為黑洞的臨界半徑稱作「史瓦西半徑」。
【圖5-13】黑洞原理
黑洞在一開始僅僅是作為一個方程的解而存在，也就是說黑洞僅僅是一個數學概念，宇宙中到底有沒有這樣恐怖的洞存在，誰也不知道。因為既然是黑洞嘛，就是完全不發光的，那麼天文學家當然也就認為黑洞是永遠無法觀測到的。不過後來隨著研究的深入，人們漸漸發現其實黑洞也是能觀測到的，並且有很多方法。比如，黑洞雖然是全黑的，但是它的質量和引力是實實在在的，引力產生的空間彎曲效應可以通過觀測它旁邊的星光的扭曲來驗證，黑洞就好像一個透鏡一樣，在宇宙中運動的時候，邊上的星光都會被扭曲變形。再比如，黑洞如果與一個恆星相遇，則這顆倒霉的恆星會被黑洞一點點地吞噬掉，那個景象就好像一隻貓在玩一個毛線球，把毛線一點點地抽出來一樣。再到後來，科學家又通過研究發現，由於吸積盤效應，黑洞其實並不是全黑的，黑洞的兩極（視界之外）會噴發出巨大的X射線，但並不是從黑洞裡面噴出來的。雖然這些輻射流不是可見光，但是用射電望遠鏡可以檢測到它們。所有上面說到的這些方法，都已經在最近的幾十年，被天文望遠鏡所證實。為了便於大家直觀理解，我們來看一些經過藝術加工和誇張後的黑洞圖片：
【圖5-14】電影《星際穿越》中的黑洞，計算機逼真模擬
【圖5-15】黑洞的引力透鏡效應
【圖5-16】噴出巨大輻射流的黑洞
黑洞是廣義相對論最重要的推論之一，一開始也是引起了巨大的爭議，而且由於剛開始大家普遍認為的不可觀測性，所以質疑其存在的人就更多了（還記得我們在第一章說過的奧卡姆剃刀原理嗎，如果一樣東西永遠無法被檢測到，那就跟沒有一樣）。但是時至今日，已經沒有任何人懷疑黑洞的真實存在性了。黑洞已經成為廣義相對論和天文學研究的標準對象。
黑洞還有個特別有趣的性質，就是它的質量大到把時間和空間都扭曲成了一個洞。空間被弄成一個洞還好理解，不就是進去的東西出不來嘛；那時間被扭曲成一個洞，你能想像是怎麼回事嗎？在黑洞裡面，時間停止了，準確地說，時間不存在了，時空在這個地方被打了一個死結（別再追問了，我也想像不出是啥樣子），人類對宇宙的認識止步於黑洞的「視界」。假設有一個倒霉的宇航員不幸掉入一個黑洞，他在掉入黑洞的一剎那，從外面的觀察來看，這個倒霉宇航員的時間停止了，他的動作也停止了，他就像照片定格一樣被永遠定格在了黑洞的邊緣，宇航員的親人們永遠也看不到他掉進去，宇航員的子孫後代世世代代都可以看到這幅定格的恐怖畫面。但是，如果你是那個倒霉的宇航員，時間對你自己來說仍然是流逝的，你仍然會感到自己掉了進去。至於到底掉進去以後會發生什麼，誰也不知道。如果你去問霍金，他會這麼回答你：「所謂黑洞，就是一切永遠無法瞭解的事件真相的集合。」你明白了嗎？他看似回答了你的問題，其實跟我的回答是等價的。這個事情是不是很難以想像：外人直到宇宙末日那天，都認為倒霉的宇航員永遠處於將掉入未掉入的狀態，而宇航員自己則認為自己掉進去了。
我們的思維不要停，繼續往下深入，越往下越神奇。讓我帶著你繼續沿著上面的線索往下想，千萬別走開，更神奇的事情馬上就要發生。