来自加州理工学院的理论物理学家基普·索恩(Kip Thorne)揭秘了宇宙中神秘的怪异黑洞行为，提出了关于黑洞扭曲时间和空间的恐怖事件与引力波之间的联系。黑洞是宇宙中如此奇怪的天体,它的行为违反了常规的物理定律,使得我们很难相信它们实际上存在的。然而,科学家认为证明黑洞真实存在的证据几乎是绝对可靠的。
黑洞作为宇宙中行为极其怪诞的天体
在这些对黑洞研究具有开创性研究的物理学家中，其中就包括了一位已经阐明这些“看不见天体”某些行为引力物理与天体物理学家基普·索恩(Kip Thorne)，他是一名美国加利福尼亚理工学院的名誉退休教授，同时也是领导黑洞如何扭曲时间和空间宇宙学理论的建造者。基普·索恩在8月3日出版的《科学》杂志上阐述了一些关于黑洞的最新想法。
计算机模拟显示一团巨大的气体云坠入半人马座A黑洞中的情景
对此，我们了解到索恩关于扭曲的时间和空间、黑洞的奇怪物理性质和探寻一个大统一物理理论的想法。在基普·索恩的一篇论文中提到黑洞完全由物质构成，且是一个单独的时空。质量相当于能量,根据爱因斯坦的理论,质量或能量可以采用各种不同的形式。它可以以某种形式形成能量，在这种情况下,黑洞也可以采用质量或能量的形式嵌入其自身扭曲的时空。
当一颗恒星演化变成黑洞时，它的质量会发生怎样的变化呢？当黑洞形成时，构成恒星的物质和原子在黑洞的中心坍缩消失。虽然恒星物质消失，但是其质量在某种意义上同能量对等，即质量已经转换成能量进入黑洞的扭曲时空。
XTE J1550 – 564双星系统中一个质量为太阳质量十倍的黑洞
两个黑洞之间的碰撞是宇宙中非常神秘的事件。基普·索恩认为这个事件是会发生的，在我们的银河系中大约10万年就会发生一次黑洞相撞事件。我们不确定这一数字是否真实可靠，也可能是每一万年或者每隔1000万年才发生一次，从我们可以观测到的整个宇宙空间看，两个黑洞之间的碰撞事件更像每一分钟或者一秒钟发生一次。
当两个黑洞相撞时，时空会发生怎样的变化？每个黑洞像地球自转一样围绕着它的自转轴旋转。这样的旋转形成了两个扭曲时空漩涡，有点像浴缸放水时形成的漩涡一样。其中一个漩涡在黑洞的北极显露，另一个漩涡则在南极。这只是黑洞扭曲时空的一个方面。当两个黑洞相互绕行、碰撞和合并时，这些漩涡就开始清扫周围和合并的黑洞附近。也因此它们得以沉积在表面上，也就是我们所说的合并黑洞的事件视界上。
4C60.07碰撞星系中黑洞融合的艺术照
所以我们现在可以看到四个漩涡在黑洞的事件视界上出现。当这些黑洞旋转时，这些漩涡就像星系的旋臂，旋转喷头喷出的水一样扫回。它们向外、向后跳跃着，构成了引力波。那么有没有不存在黑洞的可能性呢？现在为止，我们有非常广泛的黑洞观测数据。在星系中央的主要暗物质被作为一种美丽的观测景象，我们可以看到，众多恒星如彗星一般沿着轨道绕着中心物质旋转。他们摆动着接近该对象，然后被抛回。
我们可以知道这个物质的重量，它的质量范围似乎可达到太阳质量的400万倍。它不产生任何的可见光波段的信息，但随着时间推移，它会不定期地发射无线电波。这个应该就是我们所想的黑洞行为模式。在数十年前也有人疑虑过这个问题，现在在天文学家们的心目中却是毫无疑问的。的确，射电观测的巡天数据库日益庞大，技术手段越加先进，是非常令人印象深刻的。
M 81星系中存在一个正在吞噬周围宇宙物质的巨型黑洞
当人们谈论的黑洞时，通常探讨黑洞中的神秘奇点问题。那里真的是一个具有无穷大的密度且容积为零的地方吗？基普·索恩认为这是一种形容的方法，但是奇点就如同黑洞本身，我们认为其结构以及物流属性是相当复杂的。当我们接近宇宙的奇点时，我们会发生强大的引力会以一种混乱的方式不断地拉伸、挤压你,最终将你拉扯成“意大利面条”并变成粒子的形式。而当你到达奇点时，我们所知的经典物理定律会被打破，完全变得无效了，而这时量子引力定律取而代之。在我们没弄清这些物理定律之前，就不能妄言奇点中心的本质。
4.3亿光年外鲸鱼座Arp 147交互星系中壮观的黑洞环
另外，我们需要一个大统一的理论来真正揭秘黑洞内部会存在何种怪诞的事件吗？对此，我们需要一个明确的引力场的量子论，该理论是大统一理论（GUT）的一部分——是主要缺失的一个环节，而大统一理论旨在研究强相互作用和电磁作用、弱相互作用统一的大理论。因为我们知道，当扭曲的空间和时间变得同相对论的预言一样极端时，相对论便会失效，而量子效应则会更加强化。所以我们必须要有一个阐述扭曲的时间和空间以及量子物理的统一广义的相对论，内容包含时空如何扭曲以及扭曲过程中的不确定因素。
腾讯科学讯（Everett/编译）
