引力场方程的精确解不止史瓦西度规一个。因此，基本黑洞的种类也不仅仅是史瓦西黑洞。
图6-2-1：史瓦西黑洞和克尔-纽曼黑洞
如果所考虑的星体有一个旋转轴，星体具有旋转角动量，这时候得到的引力场方程的解叫做克尔度规。克尔度规比史瓦西度规稍微复杂一点，有内视界和外视界两个视界，奇点也从一个孤立点变成了一个环。
比克尔度规再复杂一点的引力场方程之解，称为克尔-纽曼度规，是当星体除了旋转之外还具有电荷时而得到的时空度规。对应于这几种不同的度规，也就有了4种不同的黑洞：无电荷不旋转的史瓦西黑洞；带电荷不旋转的纽曼黑洞；旋转但无电荷的克尔黑洞；既旋转又带电的克尔-纽曼黑洞。
这些黑洞都是人们根据引力场方程得到的精确解，并且，少数物理学家和天文学家从30年代就开始考虑恒星的引力塌缩问题，认为在一定的条件下，天体最后的归宿有可能是“黑洞”。但是，爱因斯坦和艾丁顿等人当时却不愿意接受这种“怪物”，不承认这些解是对黑洞的预言。当年艾丁顿在爱因斯坦的支持下对年轻学子钱德拉塞卡的打压便是一个典型的例子。
（钱德拉塞卡）
钱德拉塞卡在28岁时研究引力塌缩，得到钱德拉塞卡极限，作出他一生中的最重大成果，却直到73岁时才因此成果而获得诺贝尔物理奖。在1939年，爱因斯坦还曾经发表一篇与广义相对论相关的计算文章，解释史瓦西黑洞在宇宙空间中不可能真实存在。
尽管爱因斯坦早年不承认存在引力波，也不认为宇宙中会真有黑洞，但人们还是固执地将这两项预言的荣耀光环戴在他的头上，因为这是从他的广义相对论理论导出的必然结果。爱因斯坦去世后，黑洞的研究风行一时，上世纪60年代开始，大多数物理学家开始认真地面对黑洞，从而也开始了黑洞研究的黄金时代。活跃在当年的“黑洞研究”学术界的，是三位主要的带头人和他们的徒子徒孙。这三位物理学家是美国的惠勒（John Wheeler，1911–2008）、莫斯科的泽尔多维奇（Yakov Borisovich Zel'dovich，1914–1987）、和英国的夏玛（Dennis Sciama，1926–1999）。惠勒是诺贝尔奖得主费曼的老师，夏玛是霍金的指导教师。
上世纪80年代初，笔者到美国德州奥斯丁大学的物理系相对论中心读博士，当时那儿荟萃了研究广义相对论和引力的好几位大师级人物，惠勒和夏玛都在其中。还有引力量子化的奠基人布莱斯·德威特（Bryce DeWitt）；以及属于年轻一辈的菲利普·凯德拉（Philip Candelas）等。之后又来了诺贝尔奖得主，写《最早3分钟的》一书的温伯格（Steven Weinberg）教授。
（约翰·惠勒）
我的指导教授，布莱斯·德威特的夫人塞西尔·德威特（Cecile DeWitt）是数学物理方面的专家，是我国著名物理学家彭恒武早年在都柏林的学生，我跟她作引力波的黑洞散射问题。虽然那时候，黑洞研究的黄金时代已经过去，但几位教授和他们的学生仍然在为统一引力和量子理论而奋发努力。在这样的强“引力”环境下，当时大家对引力波和黑洞的存在，没有什么可怀疑的。事实上，在过去100年间，广义相对论已经通过了许多观测事实的考验，类似黑洞性质的天体的存在，也是主流天文界的共识。
后来笔者读博士后的时候，在奥斯丁大学的超短脉冲实验室工作了3年。有意思的是，当时和笔者一起工作的两个博士学生中的一个，便是这次LIGO 宣布引力波消息的LIGO Director，大卫·瑞兹（David Reitze）。我们还曾经合作发表过文章。
笔者在奥斯丁和惠勒在一起工作的经历，使我受益匪浅。记得惠勒平时的言语中充满哲理：没有定律的定律、没有物质的物质。惠勒总是善于用形象而发人深思的词汇来命名物理学中的事物，黑洞的名字便是典型一例。后来，他又提出并命名了“黑洞无毛定理”，见图6-2-2。
图6-2-2 黑洞无毛定理
据说黑洞之词以及黑洞无毛的说法，一开始都被专业人士抵制，认为暗含了某种淫秽的意义，有伤风化，难登科学理论大雅之堂。但社会大众的反应有时候是科学家们难以预料的。人们欣然地接受并喜爱这两个词汇，没人笑话，也很少人往歪处去联想。反之，这两个词汇催生了不计其数的科幻作品，让神秘高雅的科学概念走向普通民众。事实证明，那些莫名其妙的“抵制”只是庸人自扰。
黑洞无毛定理，是对经典黑洞简单性的叙述。也就是说，无论什么样的天体，一旦塌缩成为黑洞，它就只剩下电荷、质量和角动量三个最基本的性质。质量M产生黑洞的视界；角动量L是旋转黑洞的特征，在其周围空间产生涡旋；电荷Q在黑洞周围发射出电力线，这三个物理守恒量唯一地确定了黑洞的性质。因此，也有人将此定理戏称为“黑洞三毛定理”。
物理规律用数学模型来描述时，往往使用尽量少的参数来简化它。但这儿的“黑洞三毛”有所不同。“三毛”并不是对黑洞性质的近似和简化，而是经典黑洞只有这唯一的三个性质。原来星体的各种形状（立方体、锥体、柱体）、大小、磁场分布、物质构成的种类等等，都在引力塌缩的过程中丢失了。对黑洞视界之外的观察者而言，只能看到这三个（M、L、Q）物理性质。
（摘自《永恒的诱惑：宇宙之谜》，作者：张天蓉）
閱讀更多 原點閱讀 的文章
