黑洞的内部是什么样子的？

Bright Summer，徜徉于自然科学之海 查看知乎原文 这是一个很有趣的问题。广义相对论场方程能够告诉我们时空如何因引力而弯曲，黑洞也是其所预言的产物，因此通过求解场方程理论上可以获得关于时空结构的一切信息。我们甚至可以据此分析出，进入黑洞的旅行会是一场怎样的经历。 为了把事情说得清楚和便于理解，彭罗斯图是一个很好的可视化工具。在引入彭罗斯图之前我们先回顾一下经典的时空图（熟悉的读者可以跳到第二小节）。 时空图 我们生活的宇宙包含 3 个空间维度 +1 个时间维度，在平面上表示四维时空是不现实的。因此画图时我们不得不舍弃两个空间维度，只考虑一个 轴，以及时间 轴。在不存在引力造成的时空扭曲时，我们习惯于画坐标轴相互垂直且刻度均匀的时空图，如上图所示。 在图中，每个物体在每一时刻 对应着一个位置 ，因此可以画出一条轨迹线，称为世界线。易见匀速运动的物体的世界线是直线。我们调整距离和时间的单位使得 线能够表示光的轨迹，并称之为类光世界线（如图中棕色直线所示）。 由于相对论告诉我们任何有质量物体的速度不能超过光速，因此其世界线在每一点处的切线不能超出 ，例如图中的绿线。或者你可以在每一点处画一个由 45°线组成的光锥，那么世界线应该始终在光锥的内部。这样的世界线称为类时的（因为它比类光世界线更靠近时间轴）。如果斜率超了 （或速度超过光速），那么称为类空的（更靠近空间轴）。 正式的定义需要一点数学，但不会很复杂。定义时空间隔： 忽略其他空间方向，有 。则处处 的世界线是类光的，处处 的世界线是类时的。同时我们看到，将时间维度和空间维度区分开的就是 一项的负号。 上图中的一系列蓝色直线代表 的等位置线，红色直线代表 的等时线。 彭罗斯图 上节介绍的时空图非常直观，但事实上我们也有其他画法，例如如果我们对坐标取一个 之类的函数，可以把无穷远点 / 无穷远时间纳入到图中（数学细节在...