“有人說， 事實有時比小說更奇妙， 沒有什麼比黑洞的情形更體現這點了。 黑洞比科幻作家的任何異想天開都更怪異。 ”
——霍金
無論你在什麼地方看到或聽到有人在談論黑洞時， 有一些關鍵字總是會無法避免的被提到， 比如引力坍縮、光都無法逃逸、奇點、時空曲率無限大、無毛定理、霍金輻射等。 這些字眼本身就抓住了我們的想像力， 而當它們都集中在黑洞的身上時， 我們對黑洞更是充滿了無限的好奇， 但隨之而來的也是無限的困惑。
究竟什麼是黑洞？我想沒人能夠給你一個完整的答案。 我們可以為你描繪一個的圖景， 但還有一些未解的問題依舊困擾了物理學家數十年之久。
早在18世紀時， John Michell就預言了只要恒星的品質足夠大， 其引力就足以使任何東西都無法逃脫， 包括光。 但直到愛因斯坦發表了廣義相對論後， 才為Michell的預言提供了一個堅實的理論基礎。
我們知道， 當恒星耗盡其所有的燃料後， 就會在自身的引力下坍縮， 形成緻密恒星。 錢德拉塞卡計算出， 如果它的品質小於1.4倍太陽品質， 那麼恒星在演化末期會形成白矮星。 銀河系中， 大約97%的恒星（包括太陽）最終都會成為白矮星。 如果恒星的品質超過了這個極限， 但低於3.2倍的太陽品質時， 恒星會繼續坍縮形成中子星。
那麼品質比這更大的恒星呢？1939年， 奧本海默和他的學生在論文中指出， 大品質恒星會收縮到具有無限大密度的一點， 即奇點。 如果奇點被一個有去無回的邊界——黑洞的事件視界——所包圍， 就形成了黑洞（如果沒有被事件視界包圍，
但物理學家並不清楚奇點是不是真實存在的。 1965年， 斯蒂芬·霍金出席了羅傑·彭羅斯的一個講座， 彭羅斯剛剛證明了時空奇點。 這使霍金一下子就投入進黑洞和奇點的研究之中。 之後， 他和彭羅斯合作， 提出了奇點定理，
到了1970年代左右， 物理學家發現， 在黑洞形成後， 我們對黑洞所能獲取的資訊只有：品質、電荷和角動量。 其它的資訊全部喪失了， 黑洞也不存在任何凸起的形態， 這被稱為無毛定理。
在經典物理的範疇內， 霍金除了證明奇點定理外， 他在1970年的時候還有一個令人愉悅的數學發現：事件視界的表面積總會增加。 即如果有兩個黑洞合併， 其總的視界面積是不可能減少的。 面積定理的一個重要結果是， 合併黑洞輻射出的引力波的能量有一個上限。 2015年， 首次探測到的引力波的結果證明了這一點。
1973年， 霍金和另外兩位物理學家合作寫了一篇題為《黑洞的熱力學定律》的論文， 總結了與熱力學定律相似的一系列關於黑洞的定律。 該論文中著重強調了黑洞的溫度為零（由於沒人任何東西可以逃脫黑洞， 因此它們不會輻射）， 並且不具有物理熵。
但是，一位年輕的研究生雅各·貝肯斯坦並不同意這個觀點。他意識到如果黑洞不具備熵，熱力學第二定律就會被違反。因為那樣的話，我們就可以將任意具有熵的物體扔進黑洞，因此降低了外部宇宙的總熵。因此他認為黑洞的熵必須正比於表面積，才能挽救熱力學第二定理。
1974年，霍金利用量子力學認真的研究了黑洞鄰近的粒子行為後宣佈黑洞具有溫度，就像所有具有溫度的物體一樣，黑洞也能產生輻射！這種現象被稱為霍金輻射。自此，霍金將引力、量子力學和熱力學聯繫在了一起。這是一次偉大的勝利，但在勝利的背後卻隱藏著一個重大的問題：黑洞信息悖論。
黑洞輻射就意味著黑洞會不斷地失去品質，直至蒸發殆盡。如果是這樣，那麼落入黑洞的物體的最終命運是什麼？廣義相對論認為進入黑洞的資訊永遠不會再出來，會隨著黑洞的蒸發而消失。那麼資訊去哪了？但根據量子理論，資訊是永遠不會真正的消失或被複製。這個問題困擾了物理學家四十多年。
對此，物理學家有著不同的看法，有的人認為廣義相對論需要修正，有的人則認為是量子理論不完備，有的人認為資訊被編譯在事件視界的表面上，有的人則認為我們最終需要一個量子引力理論才能完美的解決問題。
幾十年來，霍金一直在嘗試攻克這個最大的謎題，並在2015年的時候，他與同事共同提出了一個新理論——黑洞的軟毛定理。
2016年初，霍金進行了兩次“裡斯演講”，第一次是關於經典黑洞理論的發展史，第二次是關於量子黑洞理論的發展史，以及他在軟毛理論上的進展。這兩次演講已經收錄於他最近出版的書中。
但是，一位年輕的研究生雅各·貝肯斯坦並不同意這個觀點。他意識到如果黑洞不具備熵，熱力學第二定律就會被違反。因為那樣的話，我們就可以將任意具有熵的物體扔進黑洞，因此降低了外部宇宙的總熵。因此他認為黑洞的熵必須正比於表面積，才能挽救熱力學第二定理。
1974年，霍金利用量子力學認真的研究了黑洞鄰近的粒子行為後宣佈黑洞具有溫度，就像所有具有溫度的物體一樣，黑洞也能產生輻射！這種現象被稱為霍金輻射。自此，霍金將引力、量子力學和熱力學聯繫在了一起。這是一次偉大的勝利，但在勝利的背後卻隱藏著一個重大的問題：黑洞信息悖論。
黑洞輻射就意味著黑洞會不斷地失去品質，直至蒸發殆盡。如果是這樣，那麼落入黑洞的物體的最終命運是什麼？廣義相對論認為進入黑洞的資訊永遠不會再出來，會隨著黑洞的蒸發而消失。那麼資訊去哪了？但根據量子理論，資訊是永遠不會真正的消失或被複製。這個問題困擾了物理學家四十多年。
對此，物理學家有著不同的看法，有的人認為廣義相對論需要修正，有的人則認為是量子理論不完備，有的人認為資訊被編譯在事件視界的表面上，有的人則認為我們最終需要一個量子引力理論才能完美的解決問題。
幾十年來，霍金一直在嘗試攻克這個最大的謎題，並在2015年的時候，他與同事共同提出了一個新理論——黑洞的軟毛定理。
2016年初，霍金進行了兩次“裡斯演講”，第一次是關於經典黑洞理論的發展史，第二次是關於量子黑洞理論的發展史，以及他在軟毛理論上的進展。這兩次演講已經收錄於他最近出版的書中。