Lỗ đen, hay còn gọi là hố đen vũ trụ, là một vật thể có khối lượng và thể tích cực kì lớn, lớn đến nỗi lực hấp dẫn của nó làm cho mọi vật thể (thậm chí cả ánh sáng) không thể nào thoát ra được sau khi đã bị “hút” vào, vì vậy người ta không thể quan sát được bất cứ vật thể nào sau khi nó bị lọt vào lỗ hổng này, nên nó có tên là “lỗ đen”. Truờng hấp dẫn mà lỗ đen tạo ra rất lớn, vì vậy, một vật muốn thoát ra khỏi lỗ đen phải có vận tốc thoát lớn hơn vận tốc ánh sáng trong chân không. Điều này là không thể vì theo lý thuyết tương đối vận tốc ánh sáng trong chân không là vận tốc giới hạn lớn nhất có thể đạt được của vật chất, do đó không có vật nào, kể cả các lượng tử ánh sáng (photon), có thể thoát ra khỏi lỗ đen. Tuy nhiên, ta vẫn có thể nhận biết được sự tồn tại của lỗ đen qua việc quan sát chuyển động của các vật thể trong vùng ảnh hưởng của nó.
Vậy thì vật chất sau khi bị hút vào lỗ đen sẽ đi đâu?
Lý thuyết lỗ đen cổ điển cho rằng, toàn bộ lượng vật chất bị hút vào lỗ đen sẽ dần suy sụp vào điểm kì dị (tại tâm của lỗ đen, lý thuyết tương đối rộng tiên đoán có một điểm kỳ dị, tại đó mật độ vật chất đạt vô hạn, độ cong của không thời gian trở nên vô hạn và lực hấp dẫn cũng mạnh vô hạn). Nói cách khác, mọi vật chất bị hút vào lỗ đen sẽ bị xóa sạch, hiện tượng này được gọi là nghịch lý thông tin lỗ đen do trái với lý thuyết cơ học lượng tử.
Một giải thuyết khác lại cho rằng, trường hấp dẫn cực mạnh bên trong lỗ đen có thể tạo ra một vết rách không - thời gian, cho phép vật chất có thể được chuyển đến một không - thời gian khác. Giả thuyết này đã khơi nguồn cho các nhà làm phim về những bộ phim khoa học viễn tưởng.
Những nghiên cứu gần đây cho thấy các hiệu ứng của cơ học lượng tử, không có trong thuyết tương đối rộng cổ điển (điển hình là hiệu ứng đường hầm lượng tử), có thể cho phép vật chất và năng lượng bức xạ ra khỏi lỗ đen. Vào ngày 21 tháng 7 năm 2004 Stephen Hawking tuyên bố rằng cuối cùng thì các lỗ đen sẽ giải phóng các thông tin mà chúng nuốt, đảo ngược lại quan điểm mà ông đưa ra trước đó là thông tin sẽ bị biến mất. Ông cho rằng, nhiễu loạn lượng tử của chân trời sự kiện (bề mặt ảo của lỗ đen) có thể cho phép vật chất thoát ra từ một lỗ đen và ảnh hưởng đến bức xạ Hawkinh. Như vậy, vật chất bị nuốt vào lỗ đen sẽ không bị biến mất mà sẽ được biến đổi và giải phóng trở lại vũ trụ. Lý thuyết vẫn chưa được các nhà khoa học phản biện, nhưng nếu nó được chấp nhận thì dường như chúng ta đã giải quyết được nghịch lý về thông tin lỗ đen.
Tuy nhiên, tất cả mới chỉ là giả thuyết, hi vọng câu trả lời cuối cùng sẽ sớm được các nhà khoa học tìm ra trong tương lai.
