無毛定理

“黑洞無毛定理”：“無論什麼樣的黑洞，其最終性質僅由幾個物理量（質量、角動量、電荷）唯一確定”。即當黑洞形成之後，只剩下這三個不能變為電磁輻射的守恆量，其他一切信息（“毛髮”）都喪失了，黑洞幾乎沒有形成它的物質所具有的任何複雜性質，對前身物質的形狀或成分都沒有記憶。“黑洞”的命名者惠勒（J.A.Wheeler）戲稱這特性為“黑洞無毛定理”。

基本介紹

• 中文名：無毛定理
• 外文名：No-hair theorem
• 發現者：霍金、卡特爾
• 時間：1973年
• 支配參量：3個
• 別名：三毛定理

論述

黑洞無毛定理是黑洞簡單性的敘述。即當物體坍縮成黑洞後，只留下質量、角動量和電荷三種不能轉變成電磁輻射的守衡物理量，它們唯一地確定了黑洞的性質。其它信息（“毛髮”）全部消失了。

黑洞無毛定理對於物理學家來說，一個黑洞或一塊方糖都是極為複雜的物體，因為對它們的完整描述，即包括它們的原子和原子核結構在內的描述，需要有億萬個參量。與此相比，一個研究黑洞外部的物理學家就沒有這樣的問題。黑洞是一種極其簡單的物體，如果知道了它的質量、角動量和電荷，也就知道了有關它的一切。

黑洞幾乎不保持形成它的物質所具有的任何複雜性質。它對前身物質的形狀或成分都沒有記憶，它保持的只是質量、角動量、電荷。消繁歸簡或許是黑洞最基本的特徵。有關黑洞的大多數術語的發明家約克·惠勒，在60年前把這種特徵稱為“黑洞無毛定理”。一開始，這只是一種猜測，在20世紀70年代得到了嚴格的數學證明。這是包括默東天文台的布蘭登·卡特和澳大利亞的加里·班亭在內的理論物理學家15年努力的結果。他們證明，描述一個平衡態黑洞周圍的時空幾何只需要3個參量，從而證實了惠勒的表述。

黑洞的參量是可以精確測量出來的，儘管是藉助於理想實驗。可以把一顆衛星放在圍繞黑洞的軌道上，並測量衛星的軌道周期，從而得到黑洞的質量。黑洞的角動量可以通過比較朝向視界的不同部分的光線的偏轉來測量。

對於上文提到的有一定質量的克爾-紐曼黑洞，電荷和角動量都有上限，也就是都受到保證視界這一條件的限制。如果在某個大質量恆星的引力坍縮過程中，這個限制被違反，黑洞就成了裸奇點，並能影響到宇宙中的遠距離處。然而，物理學家有充足的理由相信，這種情況被自然規律所禁止，因而不會發生。

結論

一個黑洞就像一個基本粒子一樣簡單。儘管基本粒子也是把質量、角動量、電荷集中在一個很小的體積內。但是，只要考慮一下世界存在的條件，就知道沒有什麼比基本粒子與黑洞的差別更大。以電子為例，實驗已經確定它的3個參量，就相同質量來說，電子的電荷和角動量超過黑洞上限的10的88次方。這個令人驚諤的數字甚至超過了可觀測的宇宙基本粒子總數，而這正是一個電子和一個克爾-紐曼黑洞之間差異的量度。