⿊洞是科普内容⾥的常客，诸如“时空奇点”、“事件视界”、“史瓦⻄半径”，这些名词早已成为爱好者们⽿熟能详的概念。可如果说起⿊洞内部的多层结构，恐怕许多⼈会感到莫名其妙。⿊洞⾥⾯连物质都没有，只有严重扭曲的时空⽽已，怎么会跟鸡蛋⼀样有分层结构呢？实际上，⿊洞不仅有内部结构⽽且还很复杂，但我们可以从“0”开始。
其实，在科普书中经常出现的⿊洞，只是⿊洞家族⾥最简单的⼀种，被称为史瓦⻄⿊洞。这种⿊洞既不带电也不⾃转，只有⼀个物理属性——质量。在如此⾼度简化⼜各向对称的前提下，当然没机会出现太复杂的结构。但真实的宇宙中，天体⼤多具有⾃转⻆动量，⽽且也多多少少带有⼀些电荷，⿊洞也不应例外。当描述⿊洞的理论模型中加⼊了⾃转⻆动量和电荷之后，⼀些有趣的结构便出现了。
我们都知道，史瓦⻄⿊洞的结构就是⼀个叫作事件视界的球⾯，包裹着球⼼处的时空奇点，从视界到奇点这部分区域是不可逆转的单向区，掉进这个区域的任何东⻄都不可避免地⾛向奇点。有个噱头感⼗⾜的说法：在这个单向区内，时间变成了空间，空间变成了时间。⾄于这句话具体该如何理解，我们稍后再谈。
现在我们让⿊洞携带上电荷，即RN⿊洞，它有内外两层视界，单向区只存在于两层视界之间，⿊洞所带的电荷越多，这个球壳状的单向区就越薄。⽽在内视界以内的区域则⼜回到普通时空的样⼦，不存在时间维与空间维互换的情形，⿊洞中⼼的奇点就躺在这⽚普通时空区域中。
如果⿊洞有⾃转，即克尔⿊洞，其视界不再是匀称的球⾯，⽽是类似南⽠的表⾯，⽽且这种南⽠⽪样的视界也有内外两层，中间夹着单向区。此外克尔⿊洞⽐RN⿊洞还多出两个界⾯——外静⽌⾯和内静⽌⾯——分别位于外视界之外和内视界之内。从静⽌⾯到视界的区域被称为能层，这个名称的由来是彭罗斯发现从这个区域可以获取能量。克尔⿊洞最有意思的部分是中⼼不再存在奇点，取⽽代之的是⼀个奇环。
克尔⿊洞所展现的结构，基本已经达到了复杂程度的极限，再带上电荷的克尔-纽曼⿊洞，并没有⽐克尔⿊洞的结构复杂更多，仍然是内外两个能层夹着单向区的样⼦，中间也依然是代表时空奇异性的奇环。电荷的多少只是为这些结构的具体位置⼜多增加了⼀个参数⽽已。
通过前⾯对史瓦⻄度规的了解，我们发现原来⿊洞的视界就出现在度规的某个分量为零或者发散的地⽅。依照这个经验，识别其他类型⿊洞的视界，⾃然也可以⼿到擒来。仅带电，不⾃转的RN度规是这样的：
其中
确定视界的位置⾮常简单，只需要解个⼩⽅程
就得到
这就是RN⿊洞的内外两个视界。
当r-＜r＜r+时，也就是两层视界之间的部分，gtt＞0，grr＜0，就出现了空间维r变成单向维度的情形。⽽在r＜r-的区域，gtt＜0，grr＞0，时间维和空间维重新回到普通的样⼦。
能够坚持读到这⾥的读者，估计此时会产⽣⼀种幻觉——什么神秘兮兮的时空弯曲，原来也就不过如此嘛！好吧，那让我们再来看看不带电，仅带有⾃转⻆动量J的克尔度规。
其中
显然，这个度规所刻画的时空结构远⽐史瓦⻄度规和RN度规复杂得多，所以也经历了更⻓的时间才被计算出来。史瓦⻄度规早在1915年就被发现，RN度规也在1916~1918年间被发现，⽽克尔度规的精确解却要等到1963年。
克尔度规不仅复杂⽽且重要，因为宇宙中的天体都或多或少具有⾃转⻆动量，只有克尔度规才能更准确地反映这些天体的运动和演化。相较⽽⾔，史瓦⻄度规和RN度规就显得过于简化，甚⾄遗漏掉了许多真实宇宙中的有趣内容。
带有⾃转⻆动量J和电荷Q的克尔-纽曼度规是克尔度规的⼀个⼩⼩扩展。
可以看出这个度规与克尔度规所描述的时空结构基本没有太多差别，我们同样可以通过gtt=0和这两个⽅程找到静⽌⾯和事件视界的位置。
和
这⾥需要做些补充说明。⽆论克尔⿊洞还是克尔-纽曼⿊洞，其事件视界的计算结果都是rH为坐标参数⽆关的确定值，似乎应该是个球⾯。可为什么前⾯给出的图像中，把视界画成南⽠形呢？
其实这也是时空被扭曲后的⼀种结果。如果令r=rH，dt=dr=0，也就是固定住时间，并把位置固定在rH处，克尔度规的线元表达式就变成了
这个表达式显然不具备球对称性。
不过，我们也不能粗暴地说这就是冒险者眼中“看”到的⿊洞，因为牵扯到光线传播路线问题，会使问题更复杂。我们只能让冒险者闭上眼睛，躲过光线的欺骗，⽤⼿去触达实际空间位置。由于⿊洞处的时空严重扭曲，冒险者会发现，最初远处观者交给他的⼀个球形3维指示图，在⿊洞⾥会变成扁南⽠的样⼦。
⿊洞有关的研究课题实在太多太多了，除了颇受关注的⿊洞热⼒学和信息悖论之外，仅时空⼏何本身的许多性质，⾄今都是活跃的研究前沿。⽐如奇点对时空因果结构的破坏，就使许多研究者⾮常不安：既然⽆法从理论上消灭它，就⾮常希望它永远藏在事件视界之内，不要暴露在我们可触及的时空之中。
然⽽前⾯在计算rH的时候可以看出，如果rQ或者a⾜够⼤，也就是电荷或⻆动量⾜够⼤，那么从数学上确实有可能出现rH⽆解的情况，对应着不存在事件视界的时空结构。倘若如此，奇点就会裸露在我们⾯前，这是物理学家们内⼼⾮常抗拒的场景。为此彭罗斯提出了“宇宙监督假说”（Cosmic censorship hypothesis），认为宇宙⼀定有某种机制来防⽌裸奇点的出现。
⾄于这种机制到底是什么，⾄今也没有特别有⼒的理论机制。
另外，⾃从知道⿊洞是个超⾼能量转换器之后，其⾃身结构的稳定性，也成了物理学家们担忧的问题。就像⽣产⽕药的⻋间更容易发⽣爆炸⼀样，⼀个进⼊⿊洞的粒⼦也许会因为偶发的衰变⽽获得巨⼤的能量，这些能量也许会使粒⼦⾃⼰原地变身成⼀个⼩⿊洞。如果真有这种过程出现，这个⼩⿊洞也许就会对⼤⿊洞的时空结构造成不可逆转的破坏，甚⾄导致⼤⿊洞整体结构的彻底崩溃。
对克尔⿊洞⾃身结构稳定性的研究是个⾮常艰深的课题，⾃1963年⾄今近60年时间⾥进展⼀直⽐较缓慢。2022年5⽉，哥伦⽐亚⼤学和普林斯顿⼤学的⼏位研究者在⼀篇⻓达912⻚的论⽂中，终于从数学上给出了a<<rs条件下克尔⿊洞的稳定性证明[1]。这篇论⽂的证明过程还⽤到了⼏位研究者在过去⼏年中陆续得到的⼆⼗⼏条引理，如果把先前铺垫引理的论⽂算在⼀起，总共有2100⻚之多！
⾜⻅这⼀问题在数学上的复杂程度。
尽管与⿊洞相关的课题都是如此难啃的硬⻣头，但同时这些问题也都关乎我们这个宇宙最基本的规律和法则。对这些问题的深⼊研究，即使⽆法⽴刻得到明确答案，也会成为“下⾦蛋的⺟鸡”，我们会创造更丰富的⼯具并不断刷新我们的认知。