深度长文：黑洞里面到底是什么？是另一个世界吗？

黑洞的照片出来了，真身显形了，也被大家玩坏了。

然而，黑洞里面有啥呢？对大多数人来说，这个问题似乎比黑洞长啥样更有意思，当然，这里也包括我。

最简单理解黑洞的方法大家都懂，在一个软床垫上放一个苹果和一个铁球，床垫发生了凹陷，我们可以说床面发生了扭曲，附近的玻璃小球当然容易掉向苹果或铁球，好似受到了它们的吸引。

以床面类比时空，以苹果铁球类比物质，那就是物质可以使时空扭曲，这就产生了引力效应。

越重的东西让床面扭曲越严重，铁球比苹果造成的凹陷更大，同理，太阳比地球对时空的扭曲更大。 如果是更大质量的东西呢？它们会对我们这可爱的“时空床垫”怎么样？会把它砸穿吗？

其实，这个问题科学家比我们关注得更早。早在1930年，爱因斯坦和他的同事罗森在求解引力方程的时候得到了一个解，这个解后来被称为“爱因斯坦-罗森桥”，通过这个桥可以联系到宇宙的另一边，如下图。

爱因斯坦本人并不是很重视这个解，他认为这太过于异想天开了。但后来的物理学家对此很感兴趣，比如1957年美国物理学家惠勒在论文中第一次使用了“虫洞”这个词： 这种分析迫使人们考虑各种情况。在有净力线（引力或电磁力）流动的地方，通过拓扑学家所说的多重连接空间的“把手”，那就是物理学家说的更生动的术语：“虫洞”。 但惠勒在论文中指出，这种虫洞是极其不稳定的，只要有东西（比如光子）进入，它就马上被掐灭了。

再后来，随着量子场论的发展，以及拓扑学和宇宙学的结合，很多物理学家，比如霍金、基普索恩等都论证了虫洞是可以稳定存在的，并且是可穿越的。满足某些条件以后，甚至可以存在宏观上看得见的大型虫洞，比如索恩（就是那喜欢和霍金打赌的诺奖得主）就和学生莫里斯搞出一个“莫里斯-索恩虫洞”理论，从外观上看起来，这是一个球体，由一种奇异物质撑开，只要你钻进这个球，就可以实现星际穿越！

相对于身残志坚的霍金，基普索恩绝对算得上是人生赢家，他跟霍金打赌三次，全部获胜，赢得了一大堆成人杂志不说，还在2017年获得了霍金梦寐以求的诺贝尔物理学奖。

基普索恩面向大众最成功的一件事，就是参与了著名科幻大片《星际穿越》的制作，这部经典影片中的虫洞，也是一种“莫里斯-索恩虫洞”。

除了《星际穿越》，在各种科幻小说、电影中，“虫洞”都深得科幻迷的青睐。太空甚是辽阔，依靠远低于光速的航天器，要实现穿越星系的星际航行简直是痴人说梦，而“虫洞”则给我们提供了一种“捷径”，星际穿越，不再是梦！

很可惜，《星际穿越》里的情节只是虚构，到目前为止，人类所有的探测器都没有发现过一个宏观的虫洞。但物理理论又告诉我们，虫洞在宇宙中到处都是，甚至可以说，我们身边也可能会有虫洞的身影，只不过这种虫洞都极其微小。就有一种猜想认为，可以发生“超距作用”的量子纠缠，就是通过虫洞来连接的。

话说爱因斯坦的引力方程可真是一个宝库，1964年，苏联物理学家诺维科夫在研究引力场方程的解，他发现在某种条件下，可以存在着一种“白洞”。也就是说粒子被黑洞吸进去，从“白洞”喷出来。

白洞和黑洞的基本性质几乎完全一样，也有质量、电荷、角动量等，然而两者的个性却完全相反，一个只进不出，一个只出不进。 对此，霍金是这样解释的，黑洞并不“黑”，可能叫它“灰洞”更好，因为它每时每刻都在发出一种“霍金辐射”，看起来好像是黑洞在“蒸发”。越大的黑洞“蒸发”越慢，越小的黑洞“蒸发”越快。如果一个黑洞小于月球质量（大约），它在宇宙中的辐射量就将大于它吸收的量，它的质量将不断损失。 好了，霍金论证完毕，白洞原来根本不是什么新鲜玩意儿，白洞就是黑洞。如果你被小黑洞吸进去，很快就会被喷出来；当然如果你被大黑洞吸进去，迟早也会被喷射出来。问题是喷出来的你还是原来的你吗？

以上也只是理论的一家之言，科学的基础是实证，在没看到“白洞”的真面目之前，这些空洞的理论只能被束之高阁。 有人设想过，类星体就是“白洞”的一种候选者，但没有足够的说服力。 2006年6月14日，尼尔·格雷尔斯雨燕空间天文台在印第安星座方向、距离地球16亿光年处探测到了一次强烈的伽马射线暴（GRB 060614），共持续了102秒。按照之前的理论，这种“长暴”是来自超大质量恒星坍缩成黑洞，奇怪的是，这次事件却没有找到任何超新星出现的迹象。它挑战了之前关于伽马射线暴和黑洞的科学共识，2011年，有物理学家发表论文，提出GRB 060614就是传说中的“白洞”！

2012年，一篇题为《白洞重现——小爆炸》的论文出现，震惊了全球的科幻迷。文中，作者提到，创造我们宇宙的“大爆炸”就是一个“白洞”。类似的，如果我们的宇宙中也存在白洞，那也不会是持续不断地喷出，而是类似“大爆炸”那种，是一次性的“小爆炸”！这也许是白洞为何难以观测的一个原因。

2014年，另外三位科学家发表的论文更进一步，指出创造我们宇宙的“大爆炸”是一个超大白洞的爆炸，它就是一个五维时空坍缩的焰火。 原来，我们的宇宙就是一个黑洞？ 有人还真的计算了可观测宇宙的史瓦西半径，发现恰好是约137亿光年，这更是支撑了宇宙黑洞论。根据上面这篇论文，我们更可以猜测，是上一级五维时空的宇宙，通过黑洞坍缩的形式，大爆炸出了我们的四维时空。

你想到什么了吗？ 《三体3——死神永生》中，大刘给我们描述了这样一个黑暗森林宇宙，宇宙级文明把自己的生存作为第一要务，甚至不惜以最大的恶意去揣测其他宇宙文明，这样的猜疑链战争不断升级，它们甚至牺牲自己的生存空间，将宇宙不断“降维”。原来，宇宙大爆炸本身就是一种降维吗？ 难道说，宇宙大爆炸就来自上一级宇宙的黑洞？上一级四维空间的宇宙里物质进入了黑洞，就启动了我们宇宙的白洞大爆炸？那我们宇宙里的黑洞就是下一级二维宇宙的白洞大爆炸？进入了黑洞，就到了一个二维的世界？原来，黑洞不过是一个“二向箔”制造机吗？ 再深入一些，黑洞的吸积速度就是驱使下一级宇宙膨胀的暗能量吗？我们上一级宇宙的那个黑洞有多大？我们会被“蒸发”吗？

话说黑洞在各种科幻小说、电影里多次出现，但真正提到进入黑洞和黑洞内部的还真的很少，影片《星际穿越》是其中了不起的一个。 按照上面的说法，貌似黑洞里应该是低维宇宙，然而《星际穿越》中，男主进入黑洞，却发现这是一个高维宇宙。在这里，男主发现自己身处一个时间矩阵当中，他可以过去各个时间点发生的故事。 有人说这里是3维空间+2维时间=5维时空，对此，我们不敢有异议，谁让帮《星际穿越》站台的是基普索恩呢？再不行，人家还能说，这是未来的人类改造后的黑洞……

回顾一下黑洞的理论基础，黑洞的中心是一个奇点（Singularity），在这里所有的物理理论都失效了。而在外围有一个事件视界（Event Horizon），在视界内部，光都逃不出去，因此称为“黑洞”。事件视界的半径叫做“史瓦西半径”，黑洞质量越大，史瓦西半径就越大，这个黑洞“黑”的区域也就越大！

总之，既然是“奇点”，就是说当前的科学理论还无法解释这里究竟发生了什么，那么，不管你如何幻想，都是有可能的。上面关于黑洞内部的一切的一切，都只是可能而已哦。 还是那句话，科学必须讲究“实证”，人类毕竟不可能像《星际穿越》男主那样深入黑洞，看看那里面究竟有什么“幺蛾子”的。所以有科学家开玩笑说：“就实验精度而言，凝聚态物理>>高能物理>>宇宙学！” 宇宙学也因此成为各种奇思异想的“重灾区”，然而，这不是很有意思吗？

然而，如果真的有勇士愿意探险，那会怎么样呢？ 还是大刘的《三体3——死神永生》中，有个跳进自己创造的黑洞的科学家高way： ”程心看着废墟的黑暗深处那团幽幽蓝光，她现在知道那里可能有一个人，正在时间停滞的界面上永恒地坠落着。这样一个人，在这个世界的视角中他还活着，在他自己的世界里他却已经死了……“

最后一句话是什么意思呢？高way究竟是死是活呢？难道他成为量子态了吗？ 其实这里跟薛定谔的猫没有任何关系，这是一种引力引起的时间膨胀效应。 霍金曾经在《果壳里的宇宙》中举过一个著名的例子：有一个勇敢的宇航员在一个正在坍缩变成黑洞的恒星上着陆，预计黑洞在12点坍缩，也就是说这个宇航员在12点进入黑洞的视界，然后永世不得超生。 由于黑洞超强的引力，宇航员每秒钟发出的信号间隔在外部看来将越来越被拉长，到了12:00，他发出的信号将被无限延迟。也就是说，从外部观察，会看到宇航员越来越慢，到最后甚至不动了，即使到宇宙末日也看不到宇航员坠入视界的那一瞬间。

而反过来，从宇航员的角度来看，他会看到外部的信号加速了，也就是说外面的时间越来越快。到了12点他坠入视界的时候，他将看到全宇宙未来所有发生的事件，直到宇宙灭亡。 正是这个道理，从高way的角度看来，他早已经死去，被黑洞的强大引力扯碎，碎片进入视界，但是从程心的角度来看，高way还活着，因此连高way的死亡证明都开不出来。 总之，想看到宇宙的结局有两种方法： 1， 达到光速 2， 进入黑洞

如果你继续问我，进入黑洞后究竟能看到什么？ 其实上面已经提到了几个答案：虫洞、白洞、低维宇宙、高维宇宙。其实还有一种可能性：平行宇宙。 话说霍金除了基普索恩这位“损友”以外，还有一位好朋友，那就是牛津大学的罗杰*彭罗斯。

与霍金相比，彭罗斯在数学方面的造诣更深，他将闵可夫斯基图进行了广义相对论推广，得到了一个“彭罗斯图”，如下图。 “彭罗斯图”分为四个区域：我们所在的宇宙、黑洞、平行宇宙、白洞，图中黑洞和白洞里的波浪线就是奇点，四个区域的中心交点是虫洞。宇宙中的光线沿向右上45度，和视界（horizon）平行。而一般的物体达不到光速，就没有那么好运了，它们最终都将如蓝线一般坠入黑洞中的奇点。

但这张“彭罗斯图”却告诉我们，存在着一条道路，可以穿越中间的虫洞，进入平行宇宙。 原来，平行宇宙并非和我们的宇宙绝对平行，有时候也是可以相交的。

好了，黑洞里面是什么，我们已经敞开了幻想，列数了各种可能性。在这些奇妙的理论背后，是无数理论物理学家的辛劳和智慧。在这里，我们尤其缅怀去年去世的霍金。 霍金曾经说过：“‘黑洞’是科学史中极为罕见的情景，在没有任何观测到的证据证明其理论是正确的情形下，作为数学的模型被发展到非常详尽的地步。” 然鹅，霍金究竟没有活到黑洞图像揭秘的这一天，让人扼腕长叹。如果霍金能活到现在，当他看到真实的黑洞影像时，僵硬的嘴角是不是会咧开一丝神秘的微笑？