從上麵我們已經了解到,像太陽這樣的恒星終將結束它的生命而變為紅巨星,然後再變為白矮星。一顆質量比太陽大2倍的恒星坍塌後將變為一顆超新星,然後再變為一顆中子星。那些更大的恒星(例如在經曆超新星階段之後質量比太陽大5倍的恒星)的命運就更加奇特了。重力會使它轉變成黑洞。假定我們有一台魔術重力機,那麼就可以通過撥動它的刻度盤來控製地球的引力。開始時將轉盤撥到1g(g表示重力加速度),地球上所有東西的行為與我們所預料的完全一樣,因為地球上的動植物以及所有的建築物都是按1g演化和設計的。如果重力遠遠小於1g,所有事物的外形都會變得高而瘦長,動物植物和建築物都不會因自身的重量而傾倒或粉碎。如果重力大於1g,動物、植物和建築物都會變得粗壯而結實。但是即使在相當強的重力場中,光仍然是直線傳播的。
物體的重量隨著重力的減弱而減少,當重力趨近於零時,輕微的動彈就會使我們的朋友漂浮起來,並在空中直翻筋鬥;茶或其他液體一旦溢出來就變成在空中跳動的圓球,因為這時的表麵張力超過了重力。當重力盤恢複到1g時,所有的茶球都會變成茶雨降落下來。當重力盤轉到3g或4g時,人人都動彈不得。甚至移動一隻腳都是很費力的。在我們繼續將重力盤往上撥之前,我們還是把我們的朋友送出重力機的作用範圍以外為妙。在重力還隻有幾個g的情況下,提燈的光束仍舊直線傳播(就我們的分辨能力而言,可以說幾乎是直線),這與重力為零時的情形沒有什麼兩樣。當重力達到1000g時,光束仍然是直的,但樹木已經被壓扁。當重力達到100萬g時,石頭由於自身的重量而粉碎。最後,除了那隻具有特殊豁免權的笑貓以外,沒有任何東西能夠幸存。當重力接近10億g時,更不可思議的事情發生了:原來筆直射向天空的光束開始彎曲。在極大的重力加速度下,就是光也受到了影響。如果把重力再加大的話,光就會逆轉而返回我們附近的地麵。此時,任何宇宙間的怪物已不複存在,剩下的隻是齜牙咧嘴的引力。
當重力大到一定程度時,任何東西,哪怕是光,都不能夠從中逃逸出來。這樣的地方就叫做黑洞。黑洞對周圍的一切都是冷酷無情的,它是宇宙中的一種怪物。當密度與重力變得足夠大時,黑洞熄滅不見了。之所以稱之為黑洞,是因為即使是光也無法從中逃脫出來。由於光被捕捉在黑洞裏,所以黑洞到處都被照得明晃晃的。雖然我們從外麵看不見黑洞,但它的重力存在卻是很明顯的。在星際航行中,如果你對黑洞沒有給予足夠重視,你就可能被黑洞無情地拖進去,你的身體就會被拉成細細的長線。但是,萬一你在這樣的航行中幸免於難的話,你倒是應該好好地看一看附著黑洞周同的碟形物。
太陽內的熱核反應支撐著太陽的外層,使悲劇性的重力坍塌延遲幾十億年。白矮星是靠從原子核中脫離出來的電子壓力來支撐的,而中子星則是靠中子壓力來抵消重力影響的。但對於超新星爆發和其他激變之後的殘骸所形成的質量比太陽大好幾倍的晚期星體來說,目前還沒有什麼已知的力量能夠防止它坍塌。這種星體令人難以置信地收縮、旋轉、發紅、最後消失,質量比太陽大20倍的星體則會收縮成美國洛杉磯那樣大小。當重力驟增到1010時,這種星體會通過自生的裂縫滑到時空的連續統一體中,最終從我們的宇宙裏消失掉。
黑洞是英國天文學家約翰·米歇爾於1783年首先想到的,但是由於這個想法實在太離奇了。所以長期被忽視。一直到最近,這一想法才開始得到重視。隨後,人們竟然找到了黑洞存在於宇宙空間中的證據。這一事實使包括天文學家在內的許多人都感到十分驚奇。X射線是不能透過地球大氣層的,因此,如果我們要確定這種波長很短的光是否是天體發出的,我們必須將X射線望遠鏡帶到高空中去。世界上第一座X射線觀測站是國際合作的範例,它是美國在1971年從意大利的一個發射台發射的,該發射台位於印度洋肯尼亞沿岸,命名為烏呼魯(Uhuru斯瓦希裏語的“自由”)。1971年,烏呼魯在天鵝座星係發現了一個非常明亮的X射線源。這個X射線源忽隱忽現,頻率為每秒1000次,因此這個被稱為“天鵝X-1”的射線源必定很小。不管忽隱忽現的原因是什麼,這種隱現的信息穿過“天鵝X-1”的速度不會比光速(30萬公裏/秒)快,因此,“天鵝X-1”的直徑不會大於30萬公裏/秒×1/1000秒=300公裏。一顆與小行星一般大小的天體就是一個明亮的X射線源,即使在星際以外也看得見,它可能是什麼東西呢?“天鵝X-1”跟一顆熾熱的藍色超巨星並列在一起,從這顆超巨星的可見光裏還可以看到一顆以前沒有發現過的靠得很近的大伴星,它不斷地改變它的引力方向,質量大約是太陽的10倍,該超巨星不可能是一個X射線源。因此,用X射線光源來驗證這顆從可見光裏看到的伴星是很理想的,但是。一個質量比太陽大10倍而且已經坍塌成小行星的不可見物體隻能是一個黑洞,X射線很可能是由聚集在“天鵝X-1”周圍的氣體和塵埃與超巨星摩擦而產生的,天蠍V861、“GX339-4”、“SS433”以及“圓規座X-2”等星體都可能成為黑洞,“仙後A”是一個超新星的殘骸,這顆超新星的光在17世紀就已經到達地球了、當時世上已有不少天文學家,但竟然沒有一個人記載過這次爆發。像I·S·斯克洛夫斯基所推測的那樣,那裏可能隱藏著一個黑洞,黑洞吞噬了爆發中的恒星核,熄滅了超新星的火焰。空間望遠鏡是追蹤、搜索神奇的黑洞蛛絲馬跡的有效工具。