本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定代表《大众科学》的观点
天体物理黑洞中心处的奇点标志着爱因斯坦的引力理论，即广义相对论的失效。它们代表了实验学家唯一可以触及的失效地点，因为唯一已知的另一个奇点，即宇宙大爆炸，由于宇宙膨胀时期之后发生的巨大膨胀，被认为是不可见的。
每位物理学家都知道这些事实，但很少有人讨论黑洞奇点，仿佛这个话题是禁忌。原因很简单：要探索奇点的真正本质，我们需要一个将广义相对论与量子力学统一起来的理论，而我们没有一个独特的、明确的形式体系来做到这一点。即使在统一模型的具体提议中，例如弦理论，由于其数学复杂性，黑洞奇点的性质也极少被讨论。
但或许现在是开启这场讨论的成熟时机，鉴于2017年诺贝尔物理学奖授予了LIGO团队，以表彰他们发现来自黑洞碰撞的引力波。来自嵌入奇点的可观测量子信号可以指导我们寻找统一理论。
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这个想法出现在5月7日至11日我们在哈佛大学举办的两个背靠背会议期间，一个关于引力波天体物理学，第二个是哈佛黑洞计划的年度会议。几天前，我家地下室被淹了，因为下水道被树根堵塞了，和水管工一起花了五个小时解决这个问题，这让我意识到，任何流入排水沟的水都会聚集在某个地方。
通常，下水道将水输送到城镇水库，我们不会考虑水流向何处，因为一旦水离开我们的房产，我们就看不见它了。但是因为我家的下水道堵塞了，水淹了我的地下室，然后我开始思考一个类似的问题，即构成黑洞的物质会聚集在哪里。在这种情况下，水库就是奇点。
没错，对于任何外部观察者来说，静止黑洞的奇点都隐藏在事件视界之后。这种“宇宙审查”是忽略奇点的观测后果的一个很好的理由，例如，在探测孤立黑洞周围平静的时空时——例如，使用事件视界望远镜对银河系中心的人马座A*进行轮廓成像时。
但这并不意味着更广泛地说，观察者永远无法通过经验研究奇点的性质。当孩子们收到用盒子包装的生日礼物时，他们会试图通过摇晃盒子并聆听其振动来了解礼物的性质，而无需直接看到它。
同样，我们可以聆听黑洞视界的振动，该视界因与另一个黑洞碰撞而强烈震动，希望更多地了解隐藏在内部的奇点的性质。未来几代的LIGO探测器可以充当“孩子的耳朵”，从这些振动中提取新的信息。
一个特别有趣的问题是当两个奇点碰撞时会发生什么。它们如何合并成一个单一的奇点，并且这个过程是否在LIGO可观测的引力波信号上留下印记？天真地看，人们可能会争辩说，计算机模拟已经计算出黑洞碰撞产生的引力波信号，并且在这些信号中没有关于“事件视界盒子”内容的暗示。
但是现有的模拟存在两个缺点。首先，它们完全切除了奇点周围的区域，假设该区域不会产生可观测的影响；其次，它们没有结合广义相对论的量子力学修正。如果存在合并奇点的可观测特征，那么现有的计算机模拟在构造上对它们视而不见。
在量子力学背景下，奇点会是什么样子？最有可能的是，它会表现为巨大质量（对于天体物理黑洞来说，超过几个太阳质量）在微小体积内的极端集中。吸纳所有落入天体物理黑洞的物质的“水库”的大小是未知的。我们可以将残余奇点想象成一个处于平衡状态的有限大小的“水库”，类似于星系晕，在星系晕中，下落粒子的运动被其束缚引力吸引而转向并限制。
有人可能会假设残余物体的外边界是其史瓦西半径 2GM/c2 （相当于黑洞质量 M 乘以三公里，单位为太阳质量）的一小部分，对应于一个普遍的曲率尺度，在这个尺度上，由于量子修正，爱因斯坦的引力理论会失效。在这种情况下，取代奇点的物体的大小可以用其质量除以普朗克质量（10-5 克）乘以普朗克长度（10-33 厘米，或质子大小的 10-20 倍）来表示。
现在想象一下，由于两个黑洞的合并，两个这样的奇点发生碰撞。尽管这些物体的碰撞对于外部观察者来说可能不是直接可见的（除非在此过程中出现“裸奇点”），但有趣的问题是，碰撞是否会产生瞬时能量爆发，这种能量爆发是否可以通过它在事件视界中引起的振动而被外部世界观察到。这有可能吗？
这是一个非常有趣的问题，应该进一步讨论。这可能会激励引力波观测者开发更灵敏的探测器。至少，我们或许能够勾勒出各种可能性的前景。科学是一项正在进行中的工作，探索科学的大部分乐趣都花费在未知的领域。
我经常鼓励我的弦理论同事们考虑通过登上未来的宇宙飞船来测试他们的理论，这将带他们进入附近黑洞的事件视界。也许未来LIGO的扩展可以为他们节省这趟漫长的单程旅行的费用。