本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定代表《大眾科學》的觀點
天體物理黑洞中心處的奇點標誌著愛因斯坦的引力理論，即廣義相對論的失效。它們代表了實驗學家唯一可以觸及的失效地點，因為唯一已知的另一個奇點，即宇宙大爆炸，由於宇宙膨脹時期之後發生的巨大膨脹，被認為是不可見的。
每位物理學家都知道這些事實，但很少有人討論黑洞奇點，彷彿這個話題是禁忌。原因很簡單：要探索奇點的真正本質，我們需要一個將廣義相對論與量子力學統一起來的理論，而我們沒有一個獨特的、明確的形式體系來做到這一點。即使在統一模型的具體提議中，例如弦理論，由於其數學複雜性，黑洞奇點的性質也極少被討論。
但或許現在是開啟這場討論的成熟時機，鑑於2017年諾貝爾物理學獎授予了LIGO團隊，以表彰他們發現來自黑洞碰撞的引力波。來自嵌入奇點的可觀測量子訊號可以指導我們尋找統一理論。
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這個想法出現在5月7日至11日我們在哈佛大學舉辦的兩個背靠背會議期間，一個關於引力波天體物理學，第二個是哈佛黑洞計劃的年度會議。幾天前，我家地下室被淹了，因為下水道被樹根堵塞了，和水管工一起花了五個小時解決這個問題，這讓我意識到，任何流入排水溝的水都會聚集在某個地方。
通常，下水道將水輸送到城鎮水庫，我們不會考慮水流向何處，因為一旦水離開我們的房產，我們就看不見它了。但是因為我家的下水道堵塞了，水淹了我的地下室，然後我開始思考一個類似的問題，即構成黑洞的物質會聚集在哪裡。在這種情況下，水庫就是奇點。
沒錯，對於任何外部觀察者來說，靜止黑洞的奇點都隱藏在事件視界之後。這種“宇宙審查”是忽略奇點的觀測後果的一個很好的理由，例如，在探測孤立黑洞周圍平靜的時空時——例如，使用事件視界望遠鏡對銀河系中心的人馬座A*進行輪廓成像時。
但這並不意味著更廣泛地說，觀察者永遠無法透過經驗研究奇點的性質。當孩子們收到用盒子包裝的生日禮物時，他們會試圖透過搖晃盒子並聆聽其振動來了解禮物的性質，而無需直接看到它。
同樣，我們可以聆聽黑洞視界的振動，該視界因與另一個黑洞碰撞而強烈震動，希望更多地瞭解隱藏在內部的奇點的性質。未來幾代的LIGO探測器可以充當“孩子的耳朵”，從這些振動中提取新的資訊。
一個特別有趣的問題是當兩個奇點碰撞時會發生什麼。它們如何合併成一個單一的奇點，並且這個過程是否在LIGO可觀測的引力波訊號上留下印記？天真地看，人們可能會爭辯說，計算機模擬已經計算出黑洞碰撞產生的引力波訊號，並且在這些訊號中沒有關於“事件視界盒子”內容的暗示。
但是現有的模擬存在兩個缺點。首先，它們完全切除了奇點周圍的區域，假設該區域不會產生可觀測的影響；其次，它們沒有結合廣義相對論的量子力學修正。如果存在合併奇點的可觀測特徵，那麼現有的計算機模擬在構造上對它們視而不見。
在量子力學背景下，奇點會是什麼樣子？最有可能的是，它會表現為巨大質量（對於天體物理黑洞來說，超過幾個太陽質量）在微小體積內的極端集中。吸納所有落入天體物理黑洞的物質的“水庫”的大小是未知的。我們可以將殘餘奇點想象成一個處於平衡狀態的有限大小的“水庫”，類似於星系暈，在星系暈中，下落粒子的運動被其束縛引力吸引而轉向並限制。
有人可能會假設殘餘物體的外邊界是其史瓦西半徑 2GM/c2 （相當於黑洞質量 M 乘以三公里，單位為太陽質量）的一小部分，對應於一個普遍的曲率尺度，在這個尺度上，由於量子修正，愛因斯坦的引力理論會失效。在這種情況下，取代奇點的物體的大小可以用其質量除以普朗克質量（10-5 克）乘以普朗克長度（10-33 釐米，或質子大小的 10-20 倍）來表示。
現在想象一下，由於兩個黑洞的合併，兩個這樣的奇點發生碰撞。儘管這些物體的碰撞對於外部觀察者來說可能不是直接可見的（除非在此過程中出現“裸奇點”），但有趣的問題是，碰撞是否會產生瞬時能量爆發，這種能量爆發是否可以透過它在事件視界中引起的振動而被外部世界觀察到。這有可能嗎？
這是一個非常有趣的問題，應該進一步討論。這可能會激勵引力波觀測者開發更靈敏的探測器。至少，我們或許能夠勾勒出各種可能性的前景。科學是一項正在進行中的工作，探索科學的大部分樂趣都花費在未知的領域。
我經常鼓勵我的弦理論同事們考慮透過登上未來的宇宙飛船來測試他們的理論，這將帶他們進入附近黑洞的事件視界。也許未來LIGO的擴充套件可以為他們節省這趟漫長的單程旅行的費用。