为什么说黑洞只有“三根毛”?这是什么意思?

黑洞家的铲屎官


这个可以说是“黑洞三毛定理”,也可以称之为“黑洞无毛定理”,看着有点矛盾,实际上说的是一回事。这只是一个比喻(个人认为这个比喻不是太贴切,但那些科学家就是那么直白)。

我们知道,描述一个天体一般都要列出它的各种物理量。如果把描述某个天体的各物理量用一根根毛发来做比喻计数的话,那“毛发”越多就表明可测量的物理量就越多。我们可以拿太阳举例看看有多少根毛:其可观测的物理量有,质量、密度、体积、温度、颜色、磁场强度、元素丰度、气体压力、电子压力……,如果细分下去话,就算不是满头毛发来计数,起码也能整出些发型。黑洞与其对比起来就“单纯”多了,“黑洞”的命名者约克·惠勒(有关黑洞的大多数术语的发明家)提出,无论什么样的黑洞,其最终性质仅由几个物理量,即质量、角动量、电荷唯一确定。也就是说,当黑洞形成之后,只剩下这三个无法变为电磁辐射的守恒量,其他一切信息(毛发)会全部丧失,黑洞几乎没有保留形成它的物质所具有的任何复杂性质,对其前身物质的形状或成分等信息都没有记忆。惠勒就戏称黑洞这种特性为“黑洞无毛定理”,后来也有人称之为“黑洞三毛定理”

一开始,有关“黑洞无毛定理”只是一种猜测,但是在20世纪70年代得到了严格的数学证明:描述一个平衡态黑洞周围的时空几何只需要质量、角动量、电荷这3个参量,从而证实了惠勒的表述。

可以这么理解,所有事物被黑洞“吸入组成”黑洞的一部分之后,自身的属性就都消失了,比如你掉入黑洞就会人间蒸发,你将变得不再具有人类机体那样的复杂性,包括组成你身体的每一个细胞直至每一个分子,而黑洞最终也不会保留或记忆你跟它合体之前的信息,你会以一种现在无法辨识理解的形式被永久的禁锢。因为无毛定理讲的就是:无论是什么样的黑洞,都是仅依靠质量、角动量、电荷来决定其最终性质,它吞噬的一切都将失去基本特性。如果两个黑洞的质量, 电荷和角动量相同, 那么这两个黑洞就是完全一样的量度。

有意思的是,黑洞这种极为简单的存在与基本粒子很是相似。基本粒子也是把质量、角动量、电荷集中在一个极小的体积内。不过,只要考虑到视界存在的条件,那么基本粒子与黑洞的差别就非常之大了。

补充一点,有科学家认为黑洞“无毛”,也有科学家认为黑洞有毛(火墙)。总之,无论黑洞有毛无毛,掉进去总是出不来的。如果考虑量子和热力学,可能就不是那么简单了,霍金辐射什么的就不在这里讨论了。


清明的星空


谁说的?什么时候说的?这些暂且不提,就说黑洞和三根毛的关系,三根毛代表了三个方向,即黑洞的引力,黑洞的质量,以及黑洞的变化,三者数据同出一个地方,却揭示了三个不同的方向,引人们深思


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