黑洞內到底發生了什麼？

保羅·薩特（Paul M. Sutter）是紐約州立大學石溪分校和熨鬥研究所(Flatiron Institute)的天體物理學家，主持太空人和太空廣播節目的主持人。薩特向太空網站的專家聲音欄目：Op-Ed＆Insights提供了這篇文章。

黑洞中心的奇異之處是終極無人之地：一個物質被壓縮到無限微小點的地方，所有時空觀念都被徹底打破了，它實際上並不存在。必須用某些東西代替奇點，但是我們不確定到底是什麼。

讓我們探索一些可能性。

普朗剋星

可能是在黑洞深處，物質並沒有被壓縮到無限微小的地步。取而代之的是，物質的配置可能是最小的，體積可能最小。

這被稱為普朗剋星，這是迴路量子引力預見的理論可能性，它本身是創建引力的量子形式的高度假設性的建議。在環形量子引力世界中，空間和時間是量化的——我們周圍的宇宙是由微小的離散塊組成的，但是其規模是如此之小，以至於我們的運動顯得平滑而連續。

時空的這種理論性塊狀提供了兩個好處。第一，它將量子力學的夢想帶到了最終的結局，以一種自然的方式解釋了引力。其次，這使得不可能在黑洞內形成奇點。

當物質在坍縮恆星的巨大引力作用下擠壓時，它會遇到阻力。時空的離散防止物質到達小於普朗克長度的任何東西（約1.68乘以10 ^ -35米，所以……很小）。曾經落入黑洞的所有物質都被壓縮成一個球，直徑不超過此大小。完全微觀，但絕對不是無限微小。

這種對持續壓縮的抵抗力最終迫使物質解體（即爆炸），使黑洞僅是臨時物體。但是由於黑洞周圍的極端時間膨脹效應，從我們的角度來看，在外部宇宙中，黑洞膨脹需要數十億甚至數萬億年的時間。

引力星

消除奇點的另一種嘗試——不依賴於未經檢驗的量子引力理論——被稱為引力星。這是一個理論上的概念。

黑洞和引力星之間的區別在於，引力星充滿了暗能量，而不是奇點。暗能量是一種滲透到時空的物質，導致其向外擴展。這聽起來像是科幻小說，但它是真實的：暗能量目前正在更大的宇宙中運行，導致我們整個宇宙的膨脹加速。

當物質落在引力星上時，它實際上無法穿透事件視界（由於內部存在所有暗能量），因此只能懸掛在表面上。但是在那個表面之外，引力星看起來和行為像普通的黑洞。

但是，最近關於引力波探測器合併黑洞的觀察結果可能排除了引力星的存在，因為合併引力星會提供與合併黑洞不同的信號，並且像LIGO（雷射幹涉儀引力波天文臺）和室女座幹涉儀這樣的裝備每天都有越來越多的例子。雖然引力星在我們的宇宙中並非完全不可行，但它們絕對是一頭霧水。

黑洞內到底發生了什麼？

普朗克恆星和引力星可能有很棒的名字，但它們存在的現實存在疑問。因此，也許對於奇異性有一個更為平凡的解釋，它是基於我們宇宙中黑洞更細微的，更真實的觀點。

單點無限密度的概念來自於我們對靜止、不旋轉、不帶電且相當無聊的黑洞的構想。真正的黑洞是更有趣的東西，尤其是當它們旋轉時。

旋轉的黑洞的自旋將奇點擴展成一個環。根據愛因斯坦廣義相對論的數學（這是我們僅有的數學），一旦通過環的奇點，就會進入蟲洞並從白洞彈出（與黑洞相反） ，沒有任何東西可以進入，物質以光速衝出，進入了一個全新的、令人興奮的宇宙區域。

挑戰之一：旋轉的黑洞內部非常不穩定。而且，這是根據相同的數學原理得出的，該理論是對新宇宙旅行的預測。

旋轉黑洞的問題是……很好，它們旋轉了。延伸成環的奇點以驚人的速度旋轉，以至於它具有不可思議的離心力。在廣義相對論中，足夠強大的離心力就像反引力一樣起作用：它們推動而不是拉動。

這將在黑洞內部創建一個邊界，稱為內部事件視界。在該區域之外，由於極端引力的作用，輻射向內朝著奇異性下降。但是反引力將輻射推向環的奇點附近，轉折點是內部事件視界。如果您要遇到內部事件視界，您將面對一面無限輻射的牆壁——整個宇宙的歷史，在不到一眨眼的功夫就會展現在您眼前。

​內部事件視界的形成為黑洞的破壞播下了種子。但是旋轉的黑洞當然存在於我們的宇宙中，所以這告訴我們，我們的數學是錯誤的，一些新鮮的事情正在進行。

黑洞內到底發生了什麼？我們不知道，最可怕的是我們可能永遠不知道。