引力場方程的精確解不止史瓦西度規一個。因此，基本黑洞的種類也不僅僅是史瓦西黑洞。
圖6-2-1：史瓦西黑洞和克爾-紐曼黑洞
如果所考慮的星體有一個旋轉軸，星體具有旋轉角動量，這時候得到的引力場方程的解叫做克爾度規。克爾度規比史瓦西度規稍微複雜一點，有內視界和外視界兩個視界，奇點也從一個孤立點變成了一個環。
比克爾度規再複雜一點的引力場方程之解，稱為克爾-紐曼度規，是當星體除了旋轉之外還具有電荷時而得到的時空度規。對應於這幾種不同的度規，也就有了4種不同的黑洞：無電荷不旋轉的史瓦西黑洞；帶電荷不旋轉的紐曼黑洞；旋轉但無電荷的克爾黑洞；既旋轉又帶電的克爾-紐曼黑洞。
這些黑洞都是人們根據引力場方程得到的精確解，並且，少數物理學家和天文學家從30年代就開始考慮恆星的引力塌縮問題，認為在一定的條件下，天體最後的歸宿有可能是“黑洞”。但是，愛因斯坦和艾丁頓等人當時卻不願意接受這種“怪物”，不承認這些解是對黑洞的預言。當年艾丁頓在愛因斯坦的支持下對年輕學子錢德拉塞卡的打壓便是一個典型的例子。
（錢德拉塞卡）
錢德拉塞卡在28歲時研究引力塌縮，得到錢德拉塞卡極限，作出他一生中的最重大成果，卻直到73歲時才因此成果而獲得諾貝爾物理獎。在1939年，愛因斯坦還曾經發表一篇與廣義相對論相關的計算文章，解釋史瓦西黑洞在宇宙空間中不可能真實存在。
儘管愛因斯坦早年不承認存在引力波，也不認為宇宙中會真有黑洞，但人們還是固執地將這兩項預言的榮耀光環戴在他的頭上，因為這是從他的廣義相對論理論導出的必然結果。愛因斯坦去世後，黑洞的研究風行一時，上世紀60年代開始，大多數物理學家開始認真地面對黑洞，從而也開始了黑洞研究的黃金時代。活躍在當年的“黑洞研究”學術界的，是三位主要的帶頭人和他們的徒子徒孫。這三位物理學家是美國的惠勒（John Wheeler，1911–2008）、莫斯科的澤爾多維奇（Yakov Borisovich Zel'dovich，1914–1987）、和英國的夏瑪（Dennis Sciama，1926–1999）。惠勒是諾貝爾獎得主費曼的老師，夏瑪是霍金的指導教師。
上世紀80年代初，筆者到美國德州奧斯丁大學的物理系相對論中心讀博士，當時那兒薈萃了研究廣義相對論和引力的好幾位大師級人物，惠勒和夏瑪都在其中。還有引力量子化的奠基人布萊斯·德威特（Bryce DeWitt）；以及屬於年輕一輩的菲利普·凱德拉（Philip Candelas）等。之後又來了諾貝爾獎得主，寫《最早3分鐘的》一書的溫伯格（Steven Weinberg）教授。
（約翰·惠勒）
我的指導教授，布萊斯·德威特的夫人塞西爾·德威特（Cecile DeWitt）是數學物理方面的專家，是我國著名物理學家彭恆武早年在都柏林的學生，我跟她作引力波的黑洞散射問題。雖然那時候，黑洞研究的黃金時代已經過去，但幾位教授和他們的學生仍然在為統一引力和量子理論而奮發努力。在這樣的強“引力”環境下，當時大家對引力波和黑洞的存在，沒有什麼可懷疑的。事實上，在過去100年間，廣義相對論已經通過了許多觀測事實的考驗，類似黑洞性質的天體的存在，也是主流天文界的共識。
後來筆者讀博士後的時候，在奧斯丁大學的超短脈衝實驗室工作了3年。有意思的是，當時和筆者一起工作的兩個博士學生中的一個，便是這次LIGO 宣佈引力波消息的LIGO Director，大衛·瑞茲（David Reitze）。我們還曾經合作發表過文章。
筆者在奧斯丁和惠勒在一起工作的經歷，使我受益匪淺。記得惠勒平時的言語中充滿哲理：沒有定律的定律、沒有物質的物質。惠勒總是善於用形象而發人深思的詞彙來命名物理學中的事物，黑洞的名字便是典型一例。後來，他又提出並命名了“黑洞無毛定理”，見圖6-2-2。
圖6-2-2 黑洞無毛定理
據說黑洞之詞以及黑洞無毛的說法，一開始都被專業人士抵制，認為暗含了某種淫穢的意義，有傷風化，難登科學理論大雅之堂。但社會大眾的反應有時候是科學家們難以預料的。人們欣然地接受並喜愛這兩個詞彙，沒人笑話，也很少人往歪處去聯想。反之，這兩個詞彙催生了不計其數的科幻作品，讓神秘高雅的科學概念走向普通民眾。事實證明，那些莫名其妙的“抵制”只是庸人自擾。
黑洞無毛定理，是對經典黑洞簡單性的敘述。也就是說，無論什麼樣的天體，一旦塌縮成為黑洞，它就只剩下電荷、質量和角動量三個最基本的性質。質量M產生黑洞的視界；角動量L是旋轉黑洞的特徵，在其周圍空間產生渦旋；電荷Q在黑洞周圍發射出電力線，這三個物理守恆量唯一地確定了黑洞的性質。因此，也有人將此定理戲稱為“黑洞三毛定理”。
物理規律用數學模型來描述時，往往使用盡量少的參數來簡化它。但這兒的“黑洞三毛”有所不同。“三毛”並不是對黑洞性質的近似和簡化，而是經典黑洞只有這唯一的三個性質。原來星體的各種形狀（立方體、錐體、柱體）、大小、磁場分佈、物質構成的種類等等，都在引力塌縮的過程中丟失了。對黑洞視界之外的觀察者而言，只能看到這三個（M、L、Q）物理性質。
（摘自《永恆的誘惑：宇宙之謎》，作者：張天蓉）
閱讀更多 原點閱讀 的文章
