【博科园-科学科普】 一旦你落入黑洞的视界，你就永远无法逃脱。你没有速度可以去旅行，即使是光速，也不能让你离开。但在广义相对论中，空间由于质量和能量的存在而弯曲，而合并黑洞是最极端的情形之一。那有没有可能掉进黑洞，穿越视界，然后逃离黑洞的视界因为大规模的合并而扭曲？
即使黑洞应该有吸积盘，物质从它们里面掉下来，一旦穿过黑洞，它似乎就不可能从视界内逃逸出来。图片版权：NASA / Dana Berry (Skyworks Digital)
如果两个黑洞合并，有可能发生在黑洞视界之内的物质逃逸吗？它能逃脱并转移到另一个(更大的黑洞)吗？逃到这两个视野之外呢？
这是个疯狂的想法，肯定的，让我们找出答案：
当一个足够大的恒星结束它的生命，或者两个足够大的恒星残留物（如中子星）合并时，一个黑洞就会形成，它与它的质量成正比，它周围有一个吸积盘。图片版权：ESA/Hubble, ESO, M. Kornmesser
形成黑洞的方式通常是由一个大质量恒星的核心坍塌形成的，要么是超新星爆炸的余波，要么是中子星的合并，要么是直接坍缩。据我们所知每个黑洞都是由曾经是恒星的一部分的物质形成的，因此在许多方面，黑洞是最终的恒星遗迹。
有些黑洞是孤立形成的；其他形式是双星体系的一部分，甚至是多颗恒星。随着时间的推移，黑洞不仅能吸入和融合，还能吞噬掉在视界内的其他物质。
在一个史瓦西黑洞里，坠入了一个奇点和黑暗。无论你在哪个方向旅行，你如何加速等等，跨界于视界意味着不可避免的遇到奇点。图片版权：(Illustration) ESO, ESA/Hubble, M. Kornmesser
当任何东西从外面进入黑洞的视界时，那就立即注定了。不可避免的是在短短几秒钟内，它就会发现自己遇到了黑洞中心的奇点：一个非旋转黑洞的单点，一个旋转的环。黑洞本身将没有任何粒子落下的记忆，也没有量子态的记忆。相反所有这些将保持信息是黑洞的总质量，电荷和角动量。
在最后的合并阶段，黑洞周围的时空会被扭曲，因为物质继续从周围环境中进入黑洞。在任何时候，任何事物都不会有机会从一个事件视界的外面逃脱。图片版权：NASA/Ames Research Center/C. Henze
因此当一个黑洞即将与另一个黑洞结合时，可能会设想一个场景，在最后的合并阶段，物质落入黑洞。由于黑洞总是被期望有吸积盘，在整个星际空间中，有物质简单地穿过，应该一直有粒子穿越视界。这部分是显而易见的，因此，在合并前的最后时刻，考虑一个刚刚进入事件视界的粒子是有意义的。
它能逃脱吗？它能从一个黑洞“跳跃”到另一个黑洞吗？让我们从时空的角度来研究一下这种情况。
计算机模拟了两个合并黑洞和它们造成的时空扭曲。当引力波大量释放时，物质本身并没有被期望逃脱。图片：Werner Benger, cc by-sa 4.0
当两个黑洞合并时，它们只有经过长时间的吸入，能量通过引力波被辐射出去。在最后的合并前的时刻，能量被辐射出去了。但这并不会导致黑洞的视界缩小；相反这种能量来自于中心区域的时空，变得越来越严重。这和你偷取水星上的能量是一样的，它的轨道离太阳更近，但没有汞或太阳的性质需要改变。
然而当合并的最后时刻发生在我们身上时，两个黑洞的视界就会因彼此的引力而变形。幸运的是，数字相对主义者已经精确地计算出这次合并是如何影响事件视界的，而且它的信息量非常大。
尽管在黑洞总合并前质量的约5%可以以引力波的形式发射出去，但你会注意到视界永远不会缩小；它们只是增加了一个连接，扭曲了一点，然后增加了总容量。最后一点很重要：如果有两个相等质量的黑洞，它们的视界就会在空间中占据一定的体积。如果把它们合并成一个单一的黑洞，它的质量是两份原件的两倍，那么事件视界所占的体积现在是合并黑洞体积的四倍。黑洞的质量与半径成正比，但体积与半径的立方成正比。
虽然我们发现了许多黑洞，但要注意的是每个黑洞的视界半径与它的质量成正比。质量加倍，半径加倍，但这意味着面积增加四倍，体积增加八倍！图片版权：LIGO/Caltech/Sonoma State (Aurore Simonnet)
事实证明即使把一个粒子保持在一个黑洞内尽可能接近于静止，并使它尽可能慢地朝奇点处下落，它也没有办法离开。在黑洞合并过程中，混合事件视界的总体积在上升，而不是下降，无论一个事件-水平穿越粒子的轨迹是什么，它永远注定被两个黑洞共同的奇点吞噬。
在天体物理学的许多碰撞场景中，有一个喷出物，它从一个物体的内部逸出，发生在一个灾难性的事件中。但在合并黑洞的情况下内部的一切也都还是在内部，外面的大部分都被吸进去了。
知识：科学无国界，博科园-科学科普
作者：Ethan Siegel（天体物理学家）
来自：Forbes science
编译：光量子
审校：博科园
