致密天体:白矮星、中子星与黑洞

无毛定理

两个人可以看上去截然不同——不同的面孔、嗓音、经历。但设想一下,一旦他们走过某一道门,每一项个人细节都消失了,你永远只能凭他们的体重、自转和电荷来分辨他们。这正是关于黑洞的奇异真相。无论落入的是什么——一颗恒星、一座图书馆、一头大象——所形成的黑洞只记得三个数字。这就是无毛定理:黑洞「没有毛发」,意思是它没有多余的、可供区分的特征。

这三个数字是质量、自转(旋转)和电荷。关于无论是什么形成了黑洞、或落入了黑洞的其他一切——它的化学成分、它的形状、它的颜色、它的记忆——从外部看来都被抹去了,永远藏在事件视界之后。两个质量、自转、电荷都相同的黑洞,在一切可测量的意义上完全相同,哪怕一个由反物质恒星造成、另一个由坠落的自行车造成。实际上,天体物理黑洞基本上没有电荷,所以真实的黑洞只用两个数字来描述:质量和自转。

无毛的概念意味深长,因为它表明黑洞是自然界最简单的宏观物体——远比一个单独的原子还简单。正是这份简单,使我们得以预言并合黑洞所发出引力波的精确波形,因为最终并合而成的黑洞仅由质量和自转就完全确定了。一个值得言明的提醒:它严格来说是经典广义相对论的一个结果。信息究竟是真的消失了,还是以某种方式被编码在视界之上,正是著名的黑洞信息疑难的核心,至今悬而未决。

把一颗行星那么多的黄金扔进一个黑洞,再把同等质量与自转、由普通氢构成的另一份扔进另一个黑洞,事后这两个黑洞便毫无分别。「黄金还是氢」的一切记录都被抹去了——黑洞不留这样的记忆。

质量与自转相同,黑洞便完全相同——落进去的是什么,已被遗忘。

「无毛」这一结论出自经典相对论。信息究竟是真被摧毁,还是被微妙地保存下来,正是悬而未决的黑洞信息佯谬——所以这一概念也许并非完整的量子图景。

又称
no-hair conjectureblack holes have no hair无毛定理黑洞无毛定理