爲什麼說黑洞只有「三根毛」?這是什麼意思?

黑洞家的鏟屎官


這個可以說是“黑洞三毛定理”,也可以稱之為“黑洞無毛定理”,看著有點矛盾,實際上說的是一回事。這只是一個比喻(個人認為這個比喻不是太貼切,但那些科學家就是那麼直白)。

我們知道,描述一個天體一般都要列出它的各種物理量。如果把描述某個天體的各物理量用一根根毛髮來做比喻計數的話,那“毛髮”越多就表明可測量的物理量就越多。我們可以拿太陽舉例看看有多少根毛:其可觀測的物理量有,質量、密度、體積、溫度、顏色、磁場強度、元素丰度、氣體壓力、電子壓力……,如果細分下去話,就算不是滿頭毛髮來計數,起碼也能整出些髮型。黑洞與其對比起來就“單純”多了,“黑洞”的命名者約克·惠勒(有關黑洞的大多數術語的發明家)提出,無論什麼樣的黑洞,其最終性質僅由幾個物理量,即質量、角動量、電荷唯一確定。也就是說,當黑洞形成之後,只剩下這三個無法變為電磁輻射的守恆量,其他一切信息(毛髮)會全部喪失,黑洞幾乎沒有保留形成它的物質所具有的任何複雜性質,對其前身物質的形狀或成分等信息都沒有記憶。惠勒就戲稱黑洞這種特性為“黑洞無毛定理”,後來也有人稱之為“黑洞三毛定理”

一開始,有關“黑洞無毛定理”只是一種猜測,但是在20世紀70年代得到了嚴格的數學證明:描述一個平衡態黑洞周圍的時空幾何只需要質量、角動量、電荷這3個參量,從而證實了惠勒的表述。

可以這麼理解,所有事物被黑洞“吸入組成”黑洞的一部分之後,自身的屬性就都消失了,比如你掉入黑洞就會人間蒸發,你將變得不再具有人類機體那樣的複雜性,包括組成你身體的每一個細胞直至每一個分子,而黑洞最終也不會保留或記憶你跟它合體之前的信息,你會以一種現在無法辨識理解的形式被永久的禁錮。因為無毛定理講的就是:無論是什麼樣的黑洞,都是僅依靠質量、角動量、電荷來決定其最終性質,它吞噬的一切都將失去基本特性。如果兩個黑洞的質量, 電荷和角動量相同, 那麼這兩個黑洞就是完全一樣的量度。

有意思的是,黑洞這種極為簡單的存在與基本粒子很是相似。基本粒子也是把質量、角動量、電荷集中在一個極小的體積內。不過,只要考慮到視界存在的條件,那麼基本粒子與黑洞的差別就非常之大了。

補充一點,有科學家認為黑洞“無毛”,也有科學家認為黑洞有毛(火牆)。總之,無論黑洞有毛無毛,掉進去總是出不來的。如果考慮量子和熱力學,可能就不是那麼簡單了,霍金輻射什麼的就不在這裡討論了。


清明的星空


誰說的?什麼時候說的?這些暫且不提,就說黑洞和三根毛的關係,三根毛代表了三個方向,即黑洞的引力,黑洞的質量,以及黑洞的變化,三者數據同出一個地方,卻揭示了三個不同的方向,引人們深思


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