緻密天體:白矮星、中子星與黑洞
無毛定理
兩個人可以看上去截然不同——不同的面孔、嗓音、經歷。但設想一下,一旦他們走過某一道門,每一項個人細節都消失了,你永遠只能憑他們的體重、自轉和電荷來分辨他們。這正是關於黑洞的奇異真相。無論落入的是什麼——一顆恒星、一座圖書館、一頭大象——所形成的黑洞只記得三個數字。這就是無毛定理:黑洞「沒有毛髮」,意思是它沒有多餘的、可供區分的特徵。
這三個數字是質量、自轉(旋轉)和電荷。關於無論是什麼形成了黑洞、或落入了黑洞的其他一切——它的化學成分、它的形狀、它的顏色、它的記憶——從外部看來都被抹去了,永遠藏在事件視界之後。兩個質量、自轉、電荷都相同的黑洞,在一切可測量的意義上完全相同,哪怕一個由反物質恒星造成、另一個由墜落的自行車造成。實際上,天體物理黑洞基本上沒有電荷,所以真實的黑洞只用兩個數字來描述:質量和自轉。
無毛的概念意味深長,因為它表明黑洞是自然界最簡單的宏觀物體——遠比一個單獨的原子還簡單。正是這份簡單,使我們得以預言併合黑洞所發出重力波的精確波形,因為最終併合而成的黑洞僅由質量和自轉就完全確定了。一個值得言明的提醒:它嚴格來說是經典廣義相對論的一個結果。信息究竟是真的消失了,還是以某種方式被編碼在視界之上,正是著名的黑洞信息疑難的核心,至今懸而未決。
把一顆行星那麼多的黃金扔進一個黑洞,再把同等質量與自轉、由普通氫構成的另一份扔進另一個黑洞,事後這兩個黑洞便毫無分別。「黃金還是氫」的一切記錄都被抹去了——黑洞不留這樣的記憶。
質量與自轉相同,黑洞便完全相同——落進去的是什麼,已被遺忘。
「無毛」這一結論出自經典相對論。信息究竟是真被摧毀,還是被微妙地保存下來,正是懸而未決的黑洞信息佯謬——所以這一概念也許並非完整的量子圖景。
又稱
另見