当大量质量被压制在一个很小的空间以内时,就会形成黑洞。在这里,“很小”的定义取决于我们要压缩的质量。如果用地球的质量创造一个黑洞,我们需要把它塞进一个直径为三分之二英寸(约为1.7厘米)的小球中。同理,如果要获得一个和太阳等重的黑洞,就要把这些质量压进一个直径稍大于3.5英里(约为5.6公里)的球中。

尽管黑洞的制作方法看上去很简单,但迄今为止还没有一个实验室能制造出一个黑洞,并且在可预见的将来也不太可能实现。但是,我们却知道大自然是如何处理这些技术细节的。引力显然在这个过程中充当了压缩机的作用。只要质量足够大,引力就会引起质量自身的收缩——直到有其他强悍的力量能阻止它的步伐。在一个不断燃烧的恒星中,由热核反应引起的气体压力可以对抗恒星质量引起的引力收缩。而当恒星的核燃料消耗殆尽时,引力会再次占据主导地位,并进一步压缩已经死亡的恒星物质,直到电子开始抵抗这个过程。由于鲍利不相容原理(Pauli exclusion principle),电子们非常不喜欢互相挤在一起——根据这条量子力学的基本原理,两个电子永远无法同时占据相同的量子态。如果死亡的恒星质量小于1.5倍太阳质量,这种电子压力就可以阻止它的进一步收缩,并形成所谓的白矮星。

比白矮星质量更大的恒星残骸将无视电子的阻碍作用。它们自身的引力会继续汇聚质量,直到不断增大的压力把电子和质子一个一个挤压在一起,从而将几乎所有质量都转化为中子。1这些中子——同样不大喜欢分享自己的地盘——将再次组成反对战线抵抗进一步的收缩。如果恒星的初始质量小于2至3倍太阳质量,收缩将在这里停止,一个中子星也就此形成。

但是,即使是中子也不可能无限制地抵抗大质量恒星遗骸的引力作用。如果死亡恒星的原始质量超过3倍太阳质量,中子的努力也将是徒劳的。在这个质量以上,引力是不可抵挡的。它将不断地把物质向其自身内部牵引,并形成一个密度无限大的物体和一个严重扭曲的时空,一个连光都无法逃脱的空间——这就是黑洞。