به طور مختصر، سياه چاله قسمتي از فضاست که جرم بسيار زيادي در آن متمرکز شده است و هيچ جرمي در مجاورت آن نمي تواند از گرانش آن بگريزد. در حال حاضر بهترين نظريه در مورد گرانش، نظريه ي نسبيت عام اينشتين است.
ما نيز براي درک بهتر جزئيات سياه چاله ها بايد به برخي نتايج نسبيت عام رجوع کنيم.
اما بياييد با تفکر در مورد گرانش در محيط هاي عادي و در سطوح ساده شروع کنيم.
فرض کنيد که بر روي سطح يک سياره ايستاده ايد و يک سنگي را به بالا پرتاب مي کنيد.
فرض کنيد که آن را زياد پر قدرت پرتاب نکرده ايد.
سنگ براي مدت کوتاهي به بالا حرکت مي کند، اما پس از مدتي شتاب گرانش سياره آن را مجبور به سقوط مي کند.
اگر شما سنگ را آنچنان پر قدرت پرتاب کنيد که از گرانش سياره کاملا رها شود، براي هميشه به بالا رفتن خود ادامه مي دهد. سرعتي که شما نياز داريد تا به سنگ بدهيد و از گرانش سياره رهايش کنيد سرعت گريز ناميده مي شود. همان طور که مي دانيد سرعت گريز سياره به جرم آن بستگي دارد. اگر سياره چگال باشد، گرانش آن بسيار قوي خواهد بود، و سرعت گريز بالا مي رود. اما يک سياره ي سبکتر سرعت گريز کمي خواهد داشت. سرعت گريز همچنين به فاصله از مرکز سياره نيز بستگي دارد. هر چقدر که به مرکز سياره نزديکتر باشيد سرعت گريز شما بيشتر خواهد شد. سرعت گريز زمين 11.2 کيلومتر بر ثانيه است. در حالي که سرعت گريز ماه فقط 2.4 کيلومتر بر ثانيه است. حال قسمتي از فضا را در نظر بگيريد که حاصل تمرکز عظيمي از جرم با شعاع کم است که سرعت گريز آن بالاتر از سرعت نور است. در حالي که هيچ چيز نمي تواند بالاتر از سرعت نور حرکت کند، هيچ چيزي نمي تواند از گرانش آن بگريزد. حتي يک باريکه ي نور نيز نخواهد توانست از گرانش آن بگريزد و به سوي آن برميگردد. ايده ي چنين تمرکز جرمي که آنقدر چگال باشد که حتي نور در آن گير بيفتد مربوط به لاپلاس در قرن 18 مي باشد. در حقيقت بلافاصله بعد از اينکه اينشتين نسبيت عام خود را بسط داد کارل شوارتز شيلد راه حلي رياضي را که مربوط به معادله ي نظريه اي که اين جرم را توضيح مي داد کشف کرد. کمي بعد تلاش افرادي چون Oppenheimer، Volkoff و Synder در سال 1930 بود که باعث شد مردم جدي تر در مورد امکان وجود چنين جرمي در عالم فکر کنند. اين تحقيقات نشان مي دهد که موقعي که يک ستاره ي چگال سوخت خود را تمام مي کند نمي تواند خود را در مقابل گرانش خود حفظ کرده به يک سياه چاله تبديل مي شود. در نسبيت عام، گرانش باعث ايجاد خميدگي در فضا زمان مي شود. اجرام چگال باعث ايجاد خميدگي در فضا و زمان مي شوند. بنابراين قوانين معمولي هندسه را در اين موارد نميتوان به کار برد. در کنار يک سياه چاله اين خميدگي فضا به مراتب بيشتر است و همين باعث مي شود که سياه چاله خواص عجيبي داشته باشد. يک سياه چاله چيزي دارد که به خط افق اتفاق (event horizon) مشهور است. اين سطحي کروي شکلي است که مرز سياه چاله را تعيين مي کند. شما مي توانيد وارد آن شويد اما ديگر نمي توانيد برگرديد. به محض اينکه وارد افق شويد محکوم به نزديک شدن به مرکز سياه چاله بدون هيچ توقفي خواهيد بود. مي توان گفت که خط افق جايي است که در آن سرعت گريز برابر سرعت نور است. بيرون از افق سرعت گريز کمتر از سرعت نور خواهد بود. پس اگر شما موشک هاي خود را به سختي به کار بگيريد مي توانيد از آن رها شويد.
اما اگر داخل افق باشيد هر چقدر هم که موشک هاي شما قوي باشند نميتوانيد از آن بگريزيد.
خط افق خواص هندسي عجيبي دارد.
براي مشاهده کننده اي که جايي دور از سياه چاله نشسته، خط افق مانند يک کره ي بسيار زيبا و ساکن و بدون هيچ حرکتي جلوه مي کند. اما هنگامي که به آن نزديکتر مي شويد در مي يابيد که سرعت بسيار زيادي دارد.
در حقيقت اين افق با سرعتي برابر سرعت نور به بيرون حرکت مي کند. اين بيان مي کند که چرا ورود به افق بسيار آسان است. اما خروج از آن ممکن نيست. در حالي که افق با سرعت نور به خارج حرکت مي کند براي خارج شدن از آن بايد با سرعتي بيشتر از سرعت نور حرکت کرد. اما چون نميتوان بيش از سرعت نور حرکت کرد پس نميتوان از آن خارج شد. هنگامي که شما در افق هستيد، فضا- زمان آنقدر منحرف مي شود تا جايي که مختصاتي که فاصله ي شعاعي شما را نشان مي دهد با زمان تغيير وظيفه مي دهد. همان r که نشان مي دهد چقدر از مرکز فاصله داريد مثل زمان کار خواهد کرد. يک پيامد آن اين است که شما نمي توانيد از نزديک شدن به مرکز جلوگيري کنيد. همانطور که در دنياي عادي نمي توانيد جلوي آمدن آينده ي خود را بگيريد. (با اين تفاوت که در سياه چاله r کمتر مي شود يعني فاصله ي شما از مرکز کمتر مي شود و در دنياي عادي t يا زمان زياد تر مي شود.) در حقيقت شما مجبوريد که به مرکز يا r = 0 برويد . شايد سعي کنيد که با روشن کردن موشک هاي خود اي کار را انجام بدهيد اما اين کار نيز بي فايده است: به هر طرف که بدويد نمي توانيد از آمدن آينده ي خود جلوگيري کنيد. تلاش براي برگشت بعد از وارد شدن به افق مانند تلاش براي جلوگيري از آمدن پنجشنبه ي بعد خواهد بود.
