當黑洞相撞的時候，它們核心相互作用會在產生的引力波中留下痕跡。
黑洞核心的奇點是愛因斯坦廣義相對論沒法解釋的。它們是唯一證明這個理論出問題的地方。除此之外，唯一已知的奇點就只有大爆炸了。但由於大爆炸後的宇宙暴漲，這個奇點基本上是隱形的。
每個物理學家都知道這些，但只有少數人討論黑洞奇點，就好像這個話題是禁忌的一般。原因很簡單：為了探索奇點的本質，我們必須找到一種能夠把廣義相對論和量子物理統一起來的理論，然而，我們卻無法找到一種獨一無二又被良好定義的模型來做到這一點。即使在像弦論一樣的大統一模型的候選者中，人們都因為龐雜的數學計算很少提到黑洞奇點的本質。
不過或許現在時機已經成熟，這個話題應該被重新提起，考慮到2017年諾貝爾獎被頒給了發現黑洞碰撞產生引力波的LIGO團隊。一個可觀察到的黑洞奇點的量子信號能夠指引我們找到一個統一的理論。
我是在五月七號到十一號在哈佛大學舉行的兩場緊挨著的會議期間有的這個想法，其中一場會議是關於引力波天文學的，另一場是哈佛的黑洞研討年會。幾天後，我家地下室的水管被樹根堵住，所以被淹了。與管道工修理水管的五個小時讓我意識到那些流入下水道的水總會在另一個地方匯聚。
通常水流經下水管道，到達當地的水庫，我們並不深究它的去向，因為當水離開我們的地盤，我們就看不到，自然也不關心了。不過這次因為我的下水管道堵了，水淹了地下室，這不禁引我發問，黑洞中的物質又會流到哪裡去呢？而這比喻中的水庫就是奇點。
的確，一個靜止黑洞的奇點是藏在外界觀察者的事件視界之後的。當探索孤立黑洞周圍平靜的時空時，這個「宇宙監督」就是無視奇點所帶來可觀察後果的好理由，比如說——藉助事件視界望遠鏡繪製處於銀河系中心的射手座輪廓的時候。
但這並不意味著觀察者永遠無法通過實驗探索奇點的性質。當孩子們收到包裝在盒子中的禮物時，他們總先嘗試著搖一搖，聽聽聲音來判斷禮物的內容。
類似的，我們也能聽見黑洞相撞時，引起它邊界劇烈振動所發出的聲音。也許，這能讓我們更多地了解點奇點的本質。LIGO探測器的下一代可以作為「孩子的耳朵」，從這些振動中提取新的信息。
一個尤其有趣的問題是，當兩個奇點相撞時，又會發生什麼呢？它們是怎麼融為一體的，這過程又是如何影響LIGO接收到的引力波信號的呢？天真點說，有人可以爭辯電腦模擬已經計算出黑洞碰撞的引力波信號了，然而這些信號中並沒有「事件視界盒子」的蹤跡。
但現有的電腦模擬有兩大缺點。第一，它們假設奇點周圍的環境不會造成任何可觀察到的影響，所以完全忽略了這些因素：第二——它們沒有加入量子力學對廣義相對論的修正。如果這裡有奇點融合的可觀測跡象的話，現有的電腦模擬從構造上來說，根本無法觀測到它們。
在量子力學的情境中，奇點可能會長成什麼樣呢？最有可能，它會呈現一種極端集中的巨大質量（在天體物理學黑洞中幾倍於恆星的質量）濃縮在極小體積中的狀態。而天體物理學的黑洞中，相當於水庫汲取所有物質的奇點大小卻是未知的。我們可以把奇點的遺骸設想為一個處於平衡體積有限的水庫，就像銀暈一樣，在銀暈中，引力使所有粒子在銀盤上下往復移動。
有的人可能會猜想，殘留物體的外邊界只是一些相比史瓦西半徑的只能算小量的數，2GM/c2（相當於三千米乘黑洞的質量，M的單位是太陽質量單位），對應愛因斯坦引力論經量子修正後的宇宙曲率尺度。這樣來說，用來代替奇點的體積就可以用質量除以普朗克質量（10-5克），再乘普朗克長度（10-33釐米，或10-20乘質子尺寸）來表示了。
現在，想像兩個奇點在黑洞融合的時候碰撞。雖然這些碰撞可能並不能被外部觀察者直接觀察到（除非這一過程中出現了「裸奇點」），值得思考的問題是這種碰撞是否會產生能量的瞬間爆發，使得外界能夠直接觀察到它傳到事件視界的振動。這有可能嗎？
這是一個值得深入探討的有趣問題。它能啟發引力波觀測者研發更敏感的探測器。至少，我們也許能大體繪製出它可能的輪廓。科學是在不斷探索的過程中成長的，而其中大部分的樂趣都埋藏在未知的土地中。
我經常鼓勵我研究弦理論的同事假想一種未來的飛船帶他們到黑洞附近的事件視界，以此驗證他們的理論。也許LIGO未來的發展可以為他們省下這筆旅費。
作者簡介：
Abraham Loeb
Abraham Leob是哈佛大學天文系的主任，哈佛黑洞協會的創始人以及哈佛大學-史密森天體物理中心（Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics）理論與計算協會的主任。同時，他也是「突破之星」項目顧問委員會的一員。
來源：Nick Higgins
(翻譯：費哲妮；審校：劉博堯)
原文連結：https://blogs.scientificamerican.com/observations/maybe-we-could-see-a-singularity-after-all/