Teori tentang adanya suatu objek yang memiliki medan gravitasi yang sangat besar, yang bahkan cahaya sekalipun akan tertelan bila berada di dekatnya, pertama kali dipaparkan pada abad ke-18 oleh John Michell dan Pierre-Simon Laplace. Selanjutnya dalam ilmu fisika modern objek tersebut diteliti lebih lanjut oleh astronom berkebangsaan Jerman yang bernama Karl Schwarzschild, pada tahun 1916, dengan berdasarkan pada teori relativitas Albert Einstein.
Istilah lubang hitam (Black Hole) untuk menyebut objek tersebut pertama kali dipakai oleh John Archibald Wheeler pada tahun 1967, sehingga kemudian menjadi populer di dunia bahkan juga menjadi topik yang menarik bagi para penulis fiksi ilmiah. Disebut lubang hitam karena kemampuannya menelan cahaya yang berada di dekatnya, sama sekali tidak memantulkan cahaya, mirip seperti benda hitam mutlak dalam fisika thermodinamika. Lubang hitam merupakan pemusatan massa yang sangat besar sehingga menghasilkan gaya tarik yang sangat besar pula. Gaya tarik-menarik antar dua buah materi atau lebih disebut dengan gaya gravitasi. Gaya gravitasi yang dihasilkan oleh lubang hitam sangatlah besar dan mampu menelan berbagai objek yang berada di dekat lubang hitam tersebut. Gaya tarik yang sangat kuat dari lubang hitam bahkan mampu menelan radiasi elektromagnetik, bahkan cahaya hanya dapat masuk tetapi tidak dapat keluar atau melewati lubang hitam. Bukan hanya cahaya yang tidak dapat menembusnya, gaya gravitasi dari lubang hitam yang sangat besar mampu membelokkan ruang dan waktu. Hal yang harus diperhatikan bahwa lubang hitam tidak dapat menelan objek yang berada terlalu jauh dari lubang hitam tersebut, lubang hitam hanya bisa menelan materi yang melintas sangat dekat dengannya. Secara teoritis, lubang hitam dapat memliki ukuran dari mikroskopik sampai ke ukuran alam raya yang dapat diamati, dan di alam semesta ini terdapat banyak sekali lubang hitam.
Lubang hitam akan tercipta ketika suatu objek tidak mampu bertahan dari kekuatan tekanan gaya gravitasinya sendiri. Dalam keadaan normal objek di sistem tata surya seperti Matahari dan Bumi tidak akan pernah menjadi lubang hitam. Hal tersebut dikarenakan tekanan gravitasi pada Matahari dan Bumi tidak cukup kuat untuk melampaui kekuatan atom dan nuklir dalam dirinya yang sifatnya melawan tekanan gravitasi. Namun untuk objek dengan massa yang sangat besar justru tekanan gaya gravitasi yang menang, sehingga objek tersebut kemudian dapat berubah menjadi lubang hitam.
Massa dari lubang hitam dapat terus bertambah dengan cara menelan materi-materi yang berada di dekatnya. Materi-materi yang melintas terlalu dekat jaraknya dengan lubang hitam tidak akan bisa lepas begitu saja dan selanjutnya akan tertelan. Jadi objek yang tidak bisa menjaga jarak yang aman dari lubang hitam tersebut akan tertelan. Sebuah lubang hitam juga dapat bertambah massanya dengan cara bergabung dengan lubang hitam yang lain sehingga menjadi satu lubang hitam yang lebih besar. Seiring dengan bertambahnya massa dari lubang hitam tersebut maka gaya gravitasinya juga akan meningkat. Sebuah lubang hitam raksasa (Super-massive Black Hole) dapat terbentuk dari lubang hitam biasa yang menelan banyak objek materi disekitarnya atau bisa juga dari penggabungan beberapa lubang hitam biasa.
Distorsi Ruang Waktu
Pada tahun 1687, Isaac Newton menunjukkan bahwa semua benda di alam semesta terhubung melalui gravitasi. Namun di bumi, jika dibandingkan energi listrik, magnet, ataupun nuklir, terkesan energi gravitasi adalah yang terlemah. Namun tidak seperti itu keadaannya pada lubang hitam. Gagasan dari Newton ini telah ditambahkan oleh Einstein. Berdasarkan teori relativitas Einstein, menyatakan bahwa benda dengan massa yang sangat besar memiliki kemampuan untuk membuat distorsi ruang dan waktu secara terus-menerus. Distorsi inilah yang dirasakan sebagai gravitasi, yang sedikit menjelaskan mengapa gravitasi lubang hitam yang sangat besar sampai mampu menyedot cahaya.
Berdasarkan teori Einstein, benda dengan massa yang sangat besar akan menciptakan distorsi dalam ruang dan waktu. Semakin dekat dengan lubang hitam, maka distorsi menjadi begitu kuat sehingga waktu berperilaku dengan cara yang tak terduga. Berdasarkan teori relativitas, waktu di dalam lubang hitam berjalan lebih pelan dibandingkan waktu di Bumi.
Hingga saat ini belum ada manusia yang memastikan apa yang ada di dalam lubang hitam. Spekulasi yang ada saat ini adalah adanya White Hole (lubang putih), sebagai pintu keluar dari lubang hitam melewati lubang cacing. Namun belum ada pengetahuan pasti tentang ini.
Awal dan Akhir Lubang Hitam
Sebuah lubang hitam akan muncul ketika suatu benda yang sangat besar tidak bisa menahan pemampatan dari gravitasinya sendiri. Untuk bumi dan matahari tidak mungkin menjadi lubang hitam, karena gravitasi mereka tidak cukup besar untuk mengalahkan kekuatan atom dan nuklir interior mereka sendiri, sehingga proses pemampatan tidak terjadi. Namun pada benda yang lebih besar dimana gravitasinya juga sangat besar, maka gravitasi akan menang dan terjadilah pemampatan pada benda yang bersangkutan, lalu muncullah lubang hitam.
Prosesnya terjadi ketika suatu bintang yang berukuran ratusan kali lebih besar dan berat dibandingkan Matahari meledak, maka terjadilah supernova, karena pelepasan energi yang sangat besar inilah terjadi pemampatan benda yang diakibatkan oleh gravitasi benda tersebut.
Selain itu bila terdapat beberapa lubang hitam yang berdekatan satu sama lain, sangat memungkinkan sekali terjadi tabrakan antar beberapa lubang hitam tersebut. Begitu mereka saling mendekat dan tidak ada yang bisa lepas dari gravitasi satu sama lain, maka mereka akan bergabung menjadi satu lubang hitam yang lebih besar. Perpaduan ini akan menghasilkan energi yang luar biasa besar dan dapat menimbulkan riak pada ruang dan waktu yang disebut dengan gelombang gravitasi.
Sebesar apapun suatu lubang hitam tidak akan bertahan selamanya, dengan berjalannya waktu maka lama-kelamaan suatu lubang hitam akan menguap kembali menjadi radiasi energi yang disebut dengan Radiasi Hawking semula dan kembali ke alam semesta. Berikut ini ialah ilustrasi mengenai Radiasi Hawking.
Teori mengenai menguapnya lubang hitam menjadi Radiasi Hawking tersebut dikemukakan oleh ahli fisika terkenal Stephen Hawking pada tahun 1974 dengan menggunakan hukum mekanika quantum.
Lihat juga mengenai antimatter bahan bakar terkuat.