如果人掉進黑洞下場會如何？

你即將要掉入一個黑洞。儘管困難重重，若是你存活了下來，在你面前等待的會是什麼？你最後會出現在哪裡，若是你設法回來，你又會經歷怎樣的故事呢？

黑洞內部為何？

對於這些問題的答案，英國杜倫大學（Durham University）物理學家理查·馬塞教授（Richard Massey）解釋：「誰曉得呢？」。馬塞教授完全深知黑洞的神秘。他表示：「落入事件視界意思就是與世長辭：一旦落入事件視界後，沒有人可以傳送訊息回來，因為這些人會被極大的重力撕裂成碎片，所以我懷疑任何掉入黑洞的人能去到任何地方。」

若這聽起來似乎是個令人失望且痛苦的答案，這是可以預料的。自從愛因斯坦（Albert Einstein）的廣義相對論被認為預測了黑洞是由重力的動作將時空連結，已知黑洞是源自一顆巨大恆星的死亡，而留下一顆小而高密度的核心。若假設這顆核心具有超過太陽約3 倍的質量，則其重力會巨大到讓其本身落入一個單一點，或是所謂奇異點，也就是黑洞無限稠密的核心。

所形成的黑洞會有極強大的重力拉力，以至於連光都無法躲掉。因此，若是你發現自己位於事件視界，也就是根據德國天文學家卡爾·史瓦西（Karl Schwarzschild）所提出的，光及物質只能往內通過之處時，就完全無法逃脫。根據馬塞教授的說法，潮汐力會將你的身體變成好幾束的原子線，也就是所謂的「麵條化」（spaghettification），而物體最終會在奇異點被壓碎。至於你可能會出現在某處，或許是在另一邊的想法，則是不可能的。

蟲洞的可能性？

但真的是這樣嗎？在這幾年科學家開始探索黑洞可能是通往其他星系的可能性。有些人還認為黑洞甚至可能是通往另一個宇宙的通道。

這些想法已經出現一段時間。首先，愛因斯坦與物理學家納森·羅森（Nathan Rosen）合作，在1935 年提出了連結兩個不同時空點橋梁的理論。但在1980 年代這個理論獲得了嶄新的基礎，當今研究廣義相對論的天文物理意義最頂尖的物理學家之一，基普·索恩教授（Kip Thorne）對於物體是否能穿過黑洞，提出了一個說法。

向好萊塢電影「星際效應」（Interstellar）提供專家建議的索恩教授，曾在其著作《星際科學》（The Science of Interstellar）寫到：「我們並未在宇宙中看到可以隨著年齡增長而變成蟲洞的物體。」索恩教授也曾表示，穿過這些理論隧道的旅程很有可能只是科幻故事，而且絕對沒有穩固的證據來說明黑洞可以形成如此的通道。

問題在於我們無法靠近親自觀察黑洞。我們甚至無法拍攝任何黑洞內部的照片，因為光線無法逃離黑洞巨大的引力，因此相機無法拍攝到任何畫面。就目前而言，理論認為任何進入事件視界的事物就會進入黑洞裡面，而且因為在此界線時間會扭曲，時間會進行的非常緩慢，因此即使你進入黑洞，也無法很快把正確答案公諸於世。

哈佛大學（Harvard University）天文物理學教授道格拉斯·芬克拜納（Douglas Finkbeiner）表示：「我認為標準的故事是黑洞會導致時間的終點。一個位於遠處的觀察者不會看到他們的太空人朋友掉入黑洞內。因為重力紅移（Gravitational redshift）的原因，他們只會隨著靠近事件視界而變得更紅且更微弱。但是掉入黑洞的朋友會落入一個超越『永恆』之處，無論那個永恆意味著什麼。」

或許通到白洞

若黑洞真的會通到另一個星系或另一個宇宙，在另一側就必須有個與之相反的物體。是否可能如同俄羅斯宇宙學家伊戈爾·諾維科夫（Igor Novikov）於1964 年提出的理論：一個白洞（white hole）？諾維科夫提出一個黑洞會連結到一個存在於過去的白洞。不同於黑洞，白洞會允許光及物質離開，但是光跟物質無法進入。

科學家持續探索黑洞及白洞之間的可能連結。物理學家卡洛·羅威利（Carlo Rovelli）及霍爾·哈格德（Hal M. Haggard）於2014 年發表的研究中所述：「在一個有限的時空區域之外，也就是物質崩解入黑洞並從白洞出現之處，存在著一個滿足愛因斯坦方程式的公制。」也就是說，所有被黑洞吞入的物質可能會被吐出，而且黑洞可能會在死後變成白洞。

黑洞的崩毀不會破壞它吸入的訊息。相反地​，黑洞將經歷量子反彈（quantum bounce），使得訊息得以脫逃。若是如此，它將為理論物理學家史蒂芬·霍金教授（Stephen Hawking）的理論提供一些啟示。霍金教授在1970 年代探討了量子漲落（quantum fluctuations）而導致黑洞發出粒子和輻射（熱能）的可能性。

芬克拜納教授表示：「霍金認為黑洞不會永遠存在。」在霍金於1976 年發表的研究中，他計算出輻射會造成黑洞失去能量、縮小並消失。根據霍金的說法，放射出的輻射是隨機的，而且不包含關於掉入黑洞的訊息，當黑洞爆炸時，會消除大量的訊息。

也就是說，霍金的想法與量子理論不一致，因為量子理論認為訊息是無法被摧毀的。物理狀態的訊息只會變得更難找，因為若訊息消失了，就變得無法知道過去或未來了。霍金的想法產生出「黑洞資訊悖論」（black hole information paradox），長期以來一直困擾著科學家。有些人認為霍金的想法是錯誤的，而他甚至也曾宣稱自己犯了這個錯誤。

那麼，黑洞會放射出保存的訊息，並透過白洞將其丟出嗎？或許如此。在2013 發表的一篇研究中，路易斯安那州立大學（Louisiana State University）的霍爾赫·普林教授（Jorge Pullin）及烏拉圭蒙得維的亞共和國大學（University of the Republic in Montevideo, Uruguay）的羅多佛·甘比尼教授（Rodolfo Gambini）將迴圈量子重力論（loop quantum gravity）應用於黑洞，並發現重力往核心增加，但會減少並掉下任何進入宇宙另一區域的東西。這個結果給予黑洞作為入口想法的額外支持。在這個研究中，奇異點不存在，所以不會形成堅不可摧的障礙而壓毀任何遇到的事物。這也代表訊息不會消失。

或許黑洞根本哪裡都不通

然而物理學家阿赫麥德·阿姆黑利（Ahmed Almheiri）、唐納德·馬羅爾夫（Donald Marolf）、約瑟夫·波爾欽斯基（Joseph Polchinski）及詹姆斯·沙利（James Sully）仍然相信霍金理論可以解決某些問題。他們研究一個被稱為「AMPS 火牆」（AMPS firewall）或「黑洞火牆」假說的理論。根據他們的計算，量子力學可以將事件視界轉變成一個巨大的火牆，任何接觸到的物質都會瞬間燃燒。從這個意義上來說，黑洞根本不會通到任何地方，因為沒有任何東西進得去黑洞中。

然而這個理論違反了愛因斯坦的廣義相對論。跨過事件視界的人們實際上不應該感到困難，因為物體會是自由落體狀態，且根據等效原理（equivalence principle），該物體不會感受到重力的極端影響。AMPS 火牆理論可能會遵循宇宙中某處存在的物理定律，但即使其不違反愛因斯坦的原理，也會破壞量子場論或者暗示訊息會消失。

充滿不確定性的黑洞

2014 年，霍金教授發表的一項研究中，他避開了事件視界的存在，也就是說在該處沒有可以燃燒的事物，重力的崩潰反而會產生出「視視界」（apparent horizo​​n）。

視視界會暫停試圖逃離黑洞核心的光線，並且會持續「一段時間」。霍金教授提到，視視界會暫時保留物質及能量，並在之後會溶解及釋放它們。這個解釋最能與認為訊息不會被摧毀的量子理論吻合，並且若是能被證明的話，那就表示任何東西都能從黑洞中逃離。

霍金甚至表示黑洞可能根本不存在。他曾寫到：「黑洞應該要重新被定義為重力場的介穩束縛態。那裡不會有奇異點，而且當視視界會因為重力往內部移動，它永遠不會達到中心並合併於一個稠密的質量上。」

然而任何被黑洞釋放出的東西，將不會以被吞沒的訊息出現，所以不可能從出來的東西中分辨進去的是什麼。這本身就會造成問題，尤其是對一個發現自己處在如此情況下的人而言，這些人將永遠不會有相同的感受。

然而有一件事是確實的，黑洞之謎將會在未來很長時間中繼續被科學家研究。羅威利教授及法蘭西莎·維多託教授（Francesca Vidotto）最近認為暗物質的一個成分可能是已蒸發黑洞的殘留物，而霍金教授生前最後一篇關於黑洞的論文也已於2018 年發表，裡頭描述了零能量粒子是如何在事件視界被保留下來，也就是訊息沒有消失而是被捕捉。

參考資料：

Crookes, D., (2019, September). Where Do Black Holes Lead? Live Science

Haggard, HM et al., (2015, November 6). Quantum-gravity effects outside the horizo​​n spark black to white hole tunneling. APS Physics . DOI: 10.1103/PhysRevD.92.104020

Gambini. R. et al., (2013, May 23). Loop Quantization of the Schwarzschild Black Hole. APS Physics . DOI: 10.1103/PhysRevLett.110.211301

Hawking, SW (1976, November 15). Breakdown of predictability in gravitational collapse. APS Physics . DOI: 10.1103/PhysRevD.14.2460

Hawking, SW (2014, January 22). Information Preservation and Weather Forecasting for Black Holes. Cornell University . arXiv:1401.5761

Hawking, SW et al., (2016, January 5). Soft Hair on Black Holes. Cornell University . arXiv:1601.00921