對理論物理學家來說，黑洞是愛因斯坦場方程式的一個解，而該方程式是廣義相對論的核心。在廣義相對論中，時空就像是由彈性材質所建構的，而物質與能量可將其扭曲，所造成的時空曲率又控制了物質與能量的運動，產生了我們所認知的重力。
這些方程式清楚地預測，在時空中有些區域裡的訊號無法傳到遙遠的觀測者所在，這些區域就是黑洞。在黑洞內的“奇異點”，物質密度趨近於無限大，環繞其四周的空曠地帶具有極強大的重力，沒有任何東西(包括光)能夠逃離。物理學家以事件視界將此重力強大的地帶與其他區域分隔開來。在最簡單的情況下，事件視界是個球體，若黑洞的質量與太陽相當，此球的直徑只有6千米。
談過了科幻與理論，那麼實際的狀況又是如何呢?各式各樣精密的天文觀測結果都指出，宇宙中確實存在一些超緻密物體，它們完全不散發任何光芒或輻射。這些幽暗天體的質量在數個到數百萬個太陽質量之間，而依據最優秀的天文物理學家估算，它們的直徑範圍則在區區數百千米到數百萬千米之間，符合廣義相對論對此質量範圍內黑洞的預測。
但這些被觀測到的、既幽暗又緻密的物體，真的就是廣義相對論預言的黑洞嗎?雖然目前的觀測與理論相當吻合，但理論本身對黑洞的描述卻不太令人滿意。尤其是，廣義相對論預測在每個黑洞裡都有顆“奇異點”，顯示廣義相對論在這裡失效。廣義相對論會失效，大概是因為它並未計人物質與能量在微觀尺度上才會顯現的量子效應。合併了量子力學的修正理論，一般稱為量子重力論，將可帶動理論物理領域的許多新研究。
對量子重力論的需求，引發了一些迷人的問題：被量子重力論修正過的黑洞會是什麼樣子的呢?它們會和古典黑洞大相徑庭嗎?或者古典敘述依然是可行的?研究顯示，某些量子效應是可以完全避免形成黑洞的，取而代之的是被我們命名為“黑星”的天體，它的密度不會跳升到無限大，也不會被事件視界包覆。黑星是由空間本身支撐起來的，這種“建材”意外的堅固。
我們運用一種稱為“半古典重力論”的古老方法得出這項結論，但我們並沒有使用關於塌縮物質的所有假設，這樣或許能夠避免在那些研究中得出矛盾的結果。在量子重力論尚未完備的情況下，過去的30多年裡，理論物理學家在分析量子力學如何改變黑洞時，都訴諸半古典重力論。半古典重力論將量子物理的觀點，特別是量子場論部分納入了古典的愛因斯坦重力理論中。
量子場論以充滿空間的場來描述電子、光子、夸克等任何你想得到的基本粒子，這方式非常類似電磁場。量子場論的方程式通常是建立在平坦空間裡的，也就是沒有重力的空間，半古典重力論則使用在彎曲空間裡構建出來的量子場論。
廣義來說，半古典重力論所使用的策略如下：根據古典的廣義相對論，當一群物質聚積成某一狀態時，將產生某種特定的彎曲時空，但時空的曲率又會修改量子場的能量，受影響的能量再進一步改變時空曲率，如此不斷迴圈。
這個做法的目標是要獲得自我一致的解——一個彎曲時空，它的曲率產生於它所包含的量子場的能量。雖然重力本身還無法以量子理論來描述，但這種自治的解，在涉及量子效應與重力的許多情況下，應該可以相當近似地預測真實情形。半古典重力論以一種極“輕微”的方式，把量子修正加入到廣義相對論裡。因此，半古典重力論雖然仍以古典方法處理重力(也就是時空曲率)，但已考慮到物質的量子行為。
但是，這個方法立即遭遇到一個尷尬的問題：如果直接以它計算量子場的最低可能能量，也就是沒有任何粒子出現時的能量(稱為“零點能量”或“真空能量”)，會產生無限大的結果。事實上，這個問題老早就出現在一般的量子場論裡(也就是在乎坦空間、沒有重力的狀況)。幸運的是，理論物理學家在預測不牽涉重力的粒子物理現象時，粒子的行為只取決於狀態間的能量差，因此量子真空能量的值並沒有任何影響；我們可以使用稱為“重整化”的一種謹慎的減法技巧，以極高的精確度來計算能量差。
然而，當必須考慮重力時，真空能量就變得重要了。無限大的能量密度會產生極大的時空曲率。
對理論物理學家來說，黑洞是愛因斯坦場方程式的一個解，而該方程式是廣義相對論的核心。在廣義相對論中，時空就像是由彈性材質所建構的，而物質與能量可將其扭曲，所造成的時空曲率又控制了物質與能量的運動，產生了我們所認知的重力。
這些方程式清楚地預測，在時空中有些區域裡的訊號無法傳到遙遠的觀測者所在，這些區域就是黑洞。在黑洞內的“奇異點”，物質密度趨近於無限大，環繞其四周的空曠地帶具有極強大的重力，沒有任何東西(包括光)能夠逃離。物理學家以事件視界將此重力強大的地帶與其他區域分隔開來。在最簡單的情況下，事件視界是個球體，若黑洞的質量與太陽相當，此球的直徑只有6千米。
談過了科幻與理論，那麼實際的狀況又是如何呢?各式各樣精密的天文觀測結果都指出，宇宙中確實存在一些超緻密物體，它們完全不散發任何光芒或輻射。這些幽暗天體的質量在數個到數百萬個太陽質量之間，而依據最優秀的天文物理學家估算，它們的直徑範圍則在區區數百千米到數百萬千米之間，符合廣義相對論對此質量範圍內黑洞的預測。
但這些被觀測到的、既幽暗又緻密的物體，真的就是廣義相對論預言的黑洞嗎?雖然目前的觀測與理論相當吻合，但理論本身對黑洞的描述卻不太令人滿意。尤其是，廣義相對論預測在每個黑洞裡都有顆“奇異點”，顯示廣義相對論在這裡失效。廣義相對論會失效，大概是因為它並未計人物質與能量在微觀尺度上才會顯現的量子效應。合併了量子力學的修正理論，一般稱為量子重力論，將可帶動理論物理領域的許多新研究。
對量子重力論的需求，引發了一些迷人的問題：被量子重力論修正過的黑洞會是什麼樣子的呢?它們會和古典黑洞大相徑庭嗎?或者古典敘述依然是可行的?研究顯示，某些量子效應是可以完全避免形成黑洞的，取而代之的是被我們命名為“黑星”的天體，它的密度不會跳升到無限大，也不會被事件視界包覆。黑星是由空間本身支撐起來的，這種“建材”意外的堅固。
我們運用一種稱為“半古典重力論”的古老方法得出這項結論，但我們並沒有使用關於塌縮物質的所有假設，這樣或許能夠避免在那些研究中得出矛盾的結果。在量子重力論尚未完備的情況下，過去的30多年裡，理論物理學家在分析量子力學如何改變黑洞時，都訴諸半古典重力論。半古典重力論將量子物理的觀點，特別是量子場論部分納入了古典的愛因斯坦重力理論中。
量子場論以充滿空間的場來描述電子、光子、夸克等任何你想得到的基本粒子，這方式非常類似電磁場。量子場論的方程式通常是建立在平坦空間裡的，也就是沒有重力的空間，半古典重力論則使用在彎曲空間裡構建出來的量子場論。
廣義來說，半古典重力論所使用的策略如下：根據古典的廣義相對論，當一群物質聚積成某一狀態時，將產生某種特定的彎曲時空，但時空的曲率又會修改量子場的能量，受影響的能量再進一步改變時空曲率，如此不斷迴圈。
這個做法的目標是要獲得自我一致的解——一個彎曲時空，它的曲率產生於它所包含的量子場的能量。雖然重力本身還無法以量子理論來描述，但這種自治的解，在涉及量子效應與重力的許多情況下，應該可以相當近似地預測真實情形。半古典重力論以一種極“輕微”的方式，把量子修正加入到廣義相對論裡。因此，半古典重力論雖然仍以古典方法處理重力(也就是時空曲率)，但已考慮到物質的量子行為。
但是，這個方法立即遭遇到一個尷尬的問題：如果直接以它計算量子場的最低可能能量，也就是沒有任何粒子出現時的能量(稱為“零點能量”或“真空能量”)，會產生無限大的結果。事實上，這個問題老早就出現在一般的量子場論裡(也就是在乎坦空間、沒有重力的狀況)。幸運的是，理論物理學家在預測不牽涉重力的粒子物理現象時，粒子的行為只取決於狀態間的能量差，因此量子真空能量的值並沒有任何影響；我們可以使用稱為“重整化”的一種謹慎的減法技巧，以極高的精確度來計算能量差。
然而，當必須考慮重力時，真空能量就變得重要了。無限大的能量密度會產生極大的時空曲率。