计算机模拟使我们能够预测哪些引力波信号应该产生于合并黑洞。然而，关于事件视界表面编码的信息发生了什么变化的问题，仍然是一个引人入胜的谜团。
熵和密度是两种非常不同的东西，当涉及到黑洞时，它们都是违反直觉的。熵，在很长一段时间里，在物理学家讨论黑洞的时候，给他们带来了一个很大的问题。不管你用什么东西制造黑洞-恒星、原子、正常物质、反物质、带电的或中性的，甚至是奇异的粒子-一个黑洞只有三种属性。在广义相对论的规则下，黑洞可以有质量、电荷和角动量。
一旦你制造了一个黑洞，所有与黑洞成分相关的信息(因此，所有熵)都与我们观察到的黑洞的终结状态完全无关。只有当这是真实情况时，所有的黑洞都会有0的熵，而黑洞就会违反。热力学第二定律.
黑洞视界外严重弯曲时空的图解。当你离物质的位置越来越近时，空间变得更加弯曲，形成了一个连光都无法逃脱的区域：事件视界。..(Pixabay用户JOHNSONMARTIN)图>
同样，我们通常认为密度是在给定的空间中包含的质量(或能量)的数量。对于黑洞来说，质量/能量含量很容易理解，因为决定黑洞视界大小的主要因素。因此，从黑洞发出光(或任何其他信号)信号的最小距离实际上是由黑洞中心到事件视界边缘的径向距离定义的。
这似乎为黑洞的体积提供了一个自然的尺度：体积是由事件视界的表面积所包围的空间数量决定的。因此，黑洞的密度可以通过将黑洞的质量/能量除以在黑洞视界内部的球体(或球体)的体积来获得。至少我们知道如何计算。
无论是在活动视界内还是在活动视界外，空间都像移动的人行道或瀑布一样流动，甚至通过活动视界本身。过了它，你就不可避免地被拉到中心奇点。
熵的问题，特别是，提出了一个物理问题，因为我们完全理解它自己。如果我们能从物质中(非零熵)形成一个黑洞(零熵)，那就意味着我们破坏了信息，我们降低了一个封闭系统的熵，我们违反了热力学第二定律。任何掉进黑洞的物质都会看到它的熵降到零；两个中子星碰撞形成一个黑洞，就会看到整个系统的能量直线下降。有点不对劲。
但这只是计算黑洞熵的一种方法，仅在广义相对论中。如果我们加上控制宇宙中粒子和相互作用的量子规则，我们可以立即看到，任何粒子，无论是从黑洞中形成黑洞，还是添加到先前存在的黑洞的质量上，都会有正数：
- 温度，
- 能量，
- 和熵。
由于熵永远不会减少，黑洞终究必须有限的、非零的和正的熵。
一旦你跨过这个门槛形成一个黑洞，事件视界内的一切都会收缩到一个奇点，即最多是一维的。没有任何三维结构能够完好无损地存活下来
每当一个量子粒子掉进(并穿过)黑洞的视界时，它就会在那一刻拥有许多粒子的固有属性。这些性质包括角动量、电荷和质量，但也包括黑洞似乎不关心的性质，如极化、重子数、轻子数等。
如果黑洞中心的奇点不依赖于这些属性，那么一定还有其他地方可以存储这些信息。约翰·惠勒(JohnWheeler)是第一个意识到它可以被编码的地方的人：在事件视界本身的边界上。黑洞的熵不是零熵，而是由可以编码在事件视界上的信息的量子“比特”(或量子位)的数目来定义的。
编码在黑洞最外层的事件视界是它的熵。每个比特可以编码在普朗克长度平方(~10^-66米^2)的表面积上；黑洞的总熵由Bekenstein-Hawking公式表示。
假设黑洞的视界与其半径平方的大小成正比(因为质量和半径与黑洞成正比)，编码一位所需的表面积是普朗克长度平方(~10^-66米^2)，那么即使是小的、低质量的黑洞的熵也是巨大的。如果你要把黑洞的质量翻一番，你就会把它的半径翻一番，这意味着它的表面积将是以前的四倍。
如果你把我们所知道的质量最低的黑洞-大约在3到5太阳质量的某个地方-和质量最高的黑洞(数百亿太阳质量)进行比较，你会发现熵有很大的不同。熵，记住，是关于系统中可配置的可能量子态数。..对于一个在其表面编码信息的太阳质量黑洞，其熵约为10^78。K_b(在哪里K_b是Boltzmann常数)，更多的大质量黑洞的数目增加了(M_BH/M_Sun)^2。对于银河系中心的黑洞，熵约为10^91。K_b，而对于位于M87中心的超大质量望远镜来说，熵则略大于10^97-这是事件视界望远镜拍摄的第一张照片。K_b..黑洞的熵实际上是一个特定空间区域内可能存在的最大熵量。
黑洞的视界是一个球状区域，任何东西，甚至光都无法逃脱。虽然常规辐射起源于事件视界之外，但目前尚不清楚编码熵在合并场景中的表现。
正如你所看到的，黑洞质量越大，它所拥有的熵就越大(与质量平方成正比)。
但是我们到了密度，所有的期望都破灭了。对于给定质量的黑洞，其半径将与质量成正比，但体积与半径立方成正比。一个黑洞-地球的质量半径略低于1厘米；黑洞的半径约为3公里；银河系中心的黑洞半径约为10^7公里(约为太阳半径的10倍)；M87中心的黑洞半径略大于10^10公里，约为半光天。
这意味着，如果我们用黑洞的质量除以它所占据的体积来计算密度，我们就会发现黑洞的密度(单位为公斤/立方米)的质量是：
- 地球为2×10^30 kg/m^3，
- 太阳是2×10^19公斤/米^3，
- 银河系的中心黑洞为1×10^6kg/m^3，并且
- M87的中心黑洞是~1km/m^3，
最后的数值与地球表面的空气密度大致相同。
对于我们宇宙中真正的黑洞，我们可以观察到它们周围物质发出的辐射，以及由灵感、合并和环向产生的引力波。熵/信息的去向尚未确定。
那么，我们是否可以相信，如果我们取两个质量大致相等的黑洞，让它们鼓舞人心，合并在一起，那么
- 最终黑洞的熵将是每个初始黑洞熵的四倍，
- 而最终黑洞的密度将是每个初始黑洞密度的四分之一？
也许令人惊讶的是，答案分别是“和”否“。
就熵而言，合并(质量的)黑洞确实是事实。M熵S)另一个质量相等的黑洞(质量的)M熵S)将给你一个质量加倍的新黑洞(2M)但是四倍的熵(4S)，与贝肯斯坦-霍金方程..如果我们计算宇宙的熵是如何随时间演变的，它从大爆炸到今天大约增加了15个数量级(千兆)。几乎所有这些额外的熵都是以黑洞的形式出现的；就连银河系的中心黑洞也有大约1000倍于整个宇宙的熵，就像它紧跟大爆炸一样。
从黑洞外部，所有的坠落物质都会发出光，而且总是可见的，而视界后面的任何东西都无法离开。但这并不意味着黑洞的密度在视界内是均匀的。
然而，对于密度来说，取黑洞的质量除以视界内的体积既不公平，也不正确。黑洞不是固体的，密度均匀的物体，黑洞内部的物理定律与外界的物理定律没有什么不同。唯一的区别是条件的强度和空间的曲率，这意味着任何落在事件视界边界上的粒子都会继续下落，直到它们不能再下落为止。
从黑洞外部，你所能看到的只是事件视界的边界，但在宇宙中发现的最极端的条件发生在黑洞的内部。据我们所知，掉进黑洞-穿过事件视界-意味着你将不可避免地走向黑洞的中心奇点，这是不可避免的命运。如果你的黑洞是不旋转的，奇点只不过是一个点而已。如果所有的质量都压缩成一个零维点，那么当你问密度时，你会问“当你把一个有限值(质量)除以零会发生什么？”
时空在旋转黑洞的(外部)事件视界内和外部连续流动，类似于非旋转的情况。中心奇点是一个环，而不是一个点，而模拟在内部视界破裂。
如果你需要提醒，除以零在数学上是不好的；你得到一个未定义的答案。谢天谢地，也许非旋转黑洞不是我们在物理宇宙中所拥有的。我们真实的黑洞旋转，这意味着内部结构要复杂得多。我们得到的不是一个完美的球面视界，而是一个沿旋转平面拉长的球状视界。我们得到的不是点状(零维)奇点，而是环形(一维)奇点，它与角动量(和角动量/质量)之比成正比。
但也许最有趣的是，当我们研究旋转黑洞的物理时，我们发现对于一个事件视界，没有一个解，而是两个：内视界和外视界。外视界是我们物理上所称的“事件视界”，也是我们用望远镜如事件地平线望远镜所观察到的东西。但是，如果我们正确理解我们的物理，内在的视界实际上是无法进入的。任何掉进黑洞的物体，当它接近那个空间区域时，都会看到物理定律的崩溃。
具有质量和角动量的黑洞的精确解是由RoyKerr在1963年发现的。而不是单一的事件视界有一个点状的奇点，我们得到了内外事件的视界，地圈，再加上一个环形的奇点。
黑洞的所有质量、电荷和角动量都包含在一个区域中，即使是一个陷入困境的观察者也无法进入，但该区域的大小取决于角动量的大小，直到某个最大值(质量的百分比)。我们观察到的黑洞在很大程度上与在这个最大值或附近有角动量是一致的，所以即使我们无法进入的“体积”小于事件视界，但随着我们看到越来越多的质量黑洞，它仍然急剧增加(质量平方)。即使是环奇点的大小与质量成正比，只要质量与角动量之比保持不变。
但这里没有矛盾，只是一些违反直觉的行为。它告诉我们，如果没有一堆额外的熵，我们很可能无法将黑洞分裂成两半。它告诉我们，用一个像密度这样的量来计算黑洞意味着我们必须小心，如果我们把它的质量除以视界的体积，那是不负责任的。它告诉我们，如果我们费心计算的话，事件视界的空间曲率对于低质量黑洞来说是巨大的，但对于高质量黑洞却几乎看不出来。非旋转黑洞的密度是无限的，但旋转黑洞的质量分布在环形形状上，旋转速率和总质量决定了黑洞的线性密度。
对我们来说不幸的是，我们不知道用实验或观察的方法来测试这个。我们也许能计算-帮助我们想象-理论上我们期望在黑洞内部发生的事情但没有办法获得观察证据。
我们最接近的方法是寻找引力波探测器，如LIGO、处女座和KAGRA，并测量两个合并的黑洞的光环(即紧接着的物理)。它可以帮助确认某些细节，以验证或反驳我们目前最好的黑洞内部图片。到目前为止，一切都与爱因斯坦所预言的完全一致，也正如理论家所预期的那样。
关于两个黑洞合并后会发生什么，我们仍然有很多要了解的，即使是密度和熵这样的量，我们认为这是我们理解的。随着越来越多和更好的数据涌入-和改善的数据在短期内-现在几乎是时候开始把我们的假设进行最终的实验测试！
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