首先我们从泡利不相容原理谈起。在原子中，带负电的电子被带正电的核以电引力所束缚，并不停地绕核旋转，此时被束缚的电子产生出一种压力以防止物质的收缩超过一定限度。这样，在原子的“居室”里，大部分都是空着的。
但是如果由于某种作用，粒子挤满了“居室”，会发生什么情况呢？根据泡利不相容原理，这些粒子会产生出一种巨大的内部“量子”压力，称为简并压，通过这种方式形成的物质就是简并物。白矮星的内部充满着简并物。
现在我们已经发现了几千颗白矮星，没有被发现的更多，估计有几百亿颗之多。它们是怎么形成的呢？
中等质量的恒星经过核反应，其中部分的氢逐渐转化为氦，于是氢聚变反应停止，在引力作用下恒星开始收缩，温度和密度增高。在恒星的外层，氢聚变反应继续进行，推动外层膨胀，使恒星的体积增大几千倍以上而表面温度降低。从而形成了温度低、颜色红、体积大、光度高的红巨星。
接着恒星内部各种元素相继发生核反应，当核反应结束后，引力使恒星开始坍缩。于是，恒星体积小，密度增高，恒星内部形成简并物质，这就是恒星的死亡。它遗留下来的骨骸就是白矮星。
白矮星逐渐地冷却，最后停止了辐射，变成-个比钻石还要硬的巨大晶体，这是黑矮星。黑矮星是中等质量的恒星最终的归宿。这一过程相当缓慢，至今恐怕还没有一个黑矮星形成。
超新星、中子星和脉冲星
质量极大的恒星，一旦核反应结束，向心的引力失去了它的平衡能力，就会产生剧烈的坍缩。从而使核心部分压缩到密度极高的状态，同时又向外发出强烈的冲击波，使外层物质猛然向星际空间抛射，这就是超新星爆发。这真是一次壮烈的死亡，几天之内它的光度增加几十亿倍，就像一个星系一样明亮，直到几个月后才慢慢暗下来。
1054年，中国宋代的天文学家杨惟德观察到一次超新星爆发现象，他记载道：“我深深鞠躬，我看到一颗客星出现。它有闪光，黄色……国家将繁荣昌盛。现在这颗超新星变成了金牛星座里的蟹状星云，至今还在高速向外扩散。”
迄今为止，我们在几十万个邻近星系里，已看到几百个超新星。
超新星爆发后，核心部分在坍缩造成的巨大压力下成为一种超高密度的简并物质，并且，电子已简并的核突然塌陷，在1/10秒内，温度猛升到50亿摄氏度，电子的速度也接近光速，在1/10秒内它们被挤压到核里，与质子相结合，成为中子，同时迸发出巨大的中微子流。这时恒星的全部物质都是中子，恒星便成为中子星。
中子星密度达到1014克/厘米3，相当于一个有1亿吨质量的戒指。并且由于体积小，那么自转速度也变快，达到每秒几周或几十周。
同时，由于收缩，磁力线越来越紧密，磁场因而大大加强。中子星的磁场很强，比太阳的磁场强1万倍。
1967年，剑桥大学的一名年轻研究生乔丝琳·贝尔在检试新射电望远镜时，发现一个精确的每隔1.33730133秒出现的周期性信号，后来又发现了一些类似的情况，人们认为这样稳定的信号只有像小绿人那样的外星来客才能做到，所以给它们起名为小绿人1号、小绿人2号……中子星后来，天体物理学家把能够这样稳定地发射周期性信号的星叫做脉冲星。脉冲星就是快速旋转的中子星。
黑洞产生了!
如果一个质量更大的恒星，经过超新星爆发抛射物质后，剩下的质量仍然超过3.2个太阳质量时，中子间的排斥作用再也不能抵抗住引力，从而发生中子塌陷。这时没有任何力量能够抵挡住引力的作用，中子就会形成-个没有体积只有大质量和高密度的奇点。
天体上的任何物体，如果要脱离这个天体飞离到太空中去，就必须具备足够大的速度来克服引力的作用，对于一个半径为30千米以内的这种天体，其逃逸速度要达到每秒30万千米，也就是光速。因此，任何从该天体发出的光都不能逃逸到无穷远，只能被引力场拖拽回来。于是光被囚禁，任何东西也不能逃离这里。
这种天体发不出光，一切东西只能进不能出，因此们把它叫做黑洞。
黑洞 既然黑洞不发光，那么我们怎么知道它是否存在呢？有人用X射线探测。因为当物质被绕着黑洞飞快旋转的引力源吸入黑洞时，会发生碰撞释放能量，以螺旋状进入黑洞。在螺旋下降过程中会发射X射线。因此当X射线被释放时，我们可以判断黑洞存在的可能性。但是如果由于其他的一些过程也释放X射线，即使我们发现某个有大量的X射线，那么也不能确切地判定它就是黑洞。
1965年，在天鹅座中探测到一个特殊的强X射线源，命名为天鹅座X-1信1971年，一个X射线探测火箭表明，天鹅座X-1发射的X射线是无规律的，从而证实了黑洞存在的可能性。
探测黑洞人们发现天鹅座附近有一颗大而热的蓝白恒星，估计这颗恒星比我们的太阳大30倍。这颗恒星和X射线源彼此绕着旋转。这个X射线源可能是太阳的6倍。由于无法看见，它一定是坍缩后的小尺寸恒星，它的质量很大，不可能是白矮星，也不可能是中子星，因此它肯定一个黑洞。
在我们的宇宙中，肯定存在着许许多多的黑洞。因为在长达150亿年的漫长历史里，很多恒星应当已经烧尽了它们的核燃料并坍缩了，也许它们的数量比我们看到的恒星要多。只有由于黑洞的强大引力，我们的星系才会旋转而不会飞散(以前我们怀疑是暗物质的作用)，而单靠可见恒星的质量，是远远不够的。
黑洞是什么？是吞噬一切的时空恐兽？还是通往另类宇宙的时间机器？
落进黑洞的宇航员
地狱之门
在伟大史诗《神曲》中，当诗人但丁在维吉尔的带领下进入地狱时，看到地狱之门镌刻着这样一句话：
到这儿的人，
放弃一切希望吧！
黑洞的“视界”就是这样一座“地狱之门”，任何进入这道“视界”的物体，将永远关在这座“宇宙监狱”里，再也不能逃离。视界是黑洞恐怖想象的开始。
视界首先是作为魔圈问题出现在人们眼前的。1915年12月，也就是爱因斯坦发表他的广义相对论后一个月，德国物理学家卡尔·史瓦西描述球状物体周围真空中引力场的值。人们发现，按照史瓦西解释，在r＝2m(光锥的最大直径)以内，空间和时间都丧失了自己的特征，时间趋于无限，距离变成零，这样就不可能再进行测量，所以爱丁顿称之为“魔圈”。
史瓦西半径
和黑洞的形成在此以后，一些科学家对此进行了探索。1939年，奥本海默和施奈德运用相对论来计算球状体在史瓦西半径下的引力坍缩，他们证明：在此时，物质和时空将塌缩成一个奇点，光也不能从中逃逸。
于是我们就看到了这样一幅图景：恒星的引力场改变了光线的路径，使之和原先没有恒星情况下的路径不一样，我们用光锥表示，它代表光线从其顶端发出后在空间一时间里传播的轨道，它还包括所有光速以下的粒子的运动轨道。
光锥在没有引力的情况下，所有光锥都相互“平行”。在恒星表面附近，由于引力作用，光锥稍微向内偏折，我们在日食时观察远处恒星发出的光线，可以看到这种偏折现象。当恒星收缩时，引力场增强，曲率增大，光锥向内偏折越来越大。最后，当恒星收缩到某一临界半径时，表面的引力场变得如此之强，使光锥偏折得如此厉害，一直偏折到45℃，一条母线已成为垂直线，所有允许的传播方向都向引力中心汇聚，光被囚禁，r＝2m处的视界形成。
越过视界后光锥变得更为倾斜，张角更小，所有方向都会聚到r＝o上，在这里，所有物质都被无限压缩，时空被无限弯曲，这就是黑洞的中心--奇点。
任何从黑洞中逃逸的物质，在视界处都会被强力拉回。因此，视界就把时空分为互相隔离的两个部分，一个部分是正常的宇宙，光线自由传播，另一个部分就是黑洞，所有物质，包括光都被囚禁。
宇航员的敬礼
假如有一位英勇无畏的宇航员，肩负着人类探索宇宙奥秘的使命，通过星际空间，来到了黑洞面前。
他目睹了黑洞形成的过程。然后他继续向黑洞进发。于是他受到了黑洞的引力--潮汐力的吸引，一去不复返地穿过视界，落进黑洞。就在这时，宇航员向全人类致以庄严的敬礼，他的告别由电视实况播出。宇航员的敬礼影片A是飞船上其他宇航员按相等间隔拍到的系列图像。宇航员的敬礼在第1356.00秒开始，在第1357.20秒结束。在穿越视界过程中，没有发生什么神奇之事。
然而，在遥远的电视屏幕上，开始与影片A一样，但随着飞船向视界逼近，它越来越慢，这时，图像几乎没有改变，宇航员越过视界时的姿势被永远冻结了。然后，图像逐渐消失，因为黑洞里的光不能再传出，而是指向奇点。因此，宇航员在黑洞里的奇妙经历再也不会有人知晓，他只是留下了那悲壮的一幕--永远的敬礼!
事实上，宇航员也不会看到黑洞里神奇的景色，甚至早在他接近视界前，他也许已经悲惨地死去，永远也没有机会去做那个预定的敬礼了。
因为黑洞的潮汐力相当大。一个头朝着黑洞下落的宇航员，他的脚受到的引力比头受到的小，他的身体会被潮汐力拉长，这个力随着他向黑洞的靠近而增大。假如这个黑洞的质量较小，这个宇航员还没有到达视界，就已被潮汐力撕裂而死。就像把他挂在埃菲尔铁塔上，而全巴黎的人都吊在他的脚下。这样他当然就再也没有机会给人类留下他永恒的敬礼了。
如果这个黑洞质量很大呢？黑洞的质量越大，密度就越强，其外部时空弯曲就越小，人体就不会撕裂。当黑洞质量非常大时，宇航员就可以到达视界，做那个敬礼。他经过视界时毫无感觉。然后，一个礼拜后，他开始感到压迫，他被拉得越来越长，而且变得稍微瘦一些，当然，他变得非常长、非常细，就像一根面条。两周以后，他就落到黑洞中心然后死去。
手表永远到达不了午夜假如宇航员在这个过程中没有被撕裂，那么他能够到达黑洞的中心吗？恐怕不能，当黑洞形成的那一刻--十亿亿亿亿亿分之-秒里，时空的性质被改变了。你可以越来越接近中心，但永远不能到达，因此这时的时空就像一个有无数层的洋葱，你可以无限地剥下去，但永远也剥不完。如果宇航员带着一只手表，这只手表将永远到达不了午夜，宇航员也永远到达不了黑洞的中心。
当宇航员在黑洞里回头时，他可以看到和他一起掉进的东西，这些东西将发生奇异的变形。在一定条件下，他也许能穿越到另一个遥远的宇宙去，成为有史以来第一个进行宇宙间旅行的人。
当然，这一切都有只是猜想。宇航员掉进黑洞的那一刻可能非常短暂，然后很快地被撕裂，成为粒子。这些粒子有可能通过黑洞到另一个宇宙中去。假如这个宇航员知道这一点一定会感到非常安慰。因为即使他完成不了永恒的敬礼这一神圣动作，也有机会由他的粒子夺得第一个穿越宇宙者的光荣称号，从而写进吉尼斯纪录大全。
