笔趣阁

设置:
关灯 护眼
笔趣阁 > 时间简史 > 第14章 黑洞(2)

第14章 黑洞(2)

然而,加拿大科学家威纳·伊斯雷尔(他生于柏林,在南非长大,在爱尔兰得到博士学位)在1967年使黑洞研究发生了彻底的改变。伊斯雷尔指出,根据广义相对论,非旋转的黑洞必须是非常简单的;它们是完美的球形,其大小只依赖于它们的质量,并且任何两个这样的同质量的黑洞必须等同。事实上,它们可以用爱因斯坦的特解来描述,这个解是在广义相对论发现后不久的1917年被卡尔·施瓦兹席尔德找到的。起初许多人,其中包括伊斯雷尔本人,认为,既然黑洞必须是完美的球形,一个黑洞只能由一个完美球形物体坍缩形成。因此,任何实际的恒星——从来都不是完美的球形——只会坍缩形成一个裸奇点。

然而,对于伊斯雷尔的结果,一些人,特别是罗杰·彭罗斯和约翰·惠勒提倡一种不同的解释。他们论证道,牵涉恒星坍缩的快速运动表明,其释放出来的引力波使之越来越接近于球形,到它终结于静态的时刻,就变成准确的球形。按照这种观点,任何非旋转恒星,不管其形状和内部结构如何复杂,在引力坍缩之后都将终结于一个完美的球形黑洞,其大小只依赖于它的质量。这种观点得到进一步计算的支持,并且很快就被大家接受。

伊斯雷尔的结果只处理了由非旋转物体形成的黑洞。

1963年,新西兰人罗伊·克尔找到了广义相对论方程的描述旋转黑洞的一族解。这些“克尔”黑洞以恒常速度旋转,其大小与形状只依赖于它们的质量和旋转的速度。

如果旋转为零,黑洞就是完美的球形,这解就和施瓦兹席尔德解一样。如果旋转不为零,黑洞在赤道附近就会鼓出去(正如地球或太阳由于旋转而鼓出去一样),而旋转得越快则鼓得越厉害。由此人们猜测,如将伊斯雷尔的结果推广到包括旋转物体的情形,则任何旋转物体坍缩形成黑洞后,将最后终结于由克尔解描述的一个稳态。

1970年,我在剑桥的一位同事和研究生同学布兰登·卡特为证明此猜测跨出了第一步。他指出,假定一个稳态的旋转黑洞,正如一个自旋的陀螺那样,有一个对称轴,则它的大小和形状,只由它的质量和旋转速度决定。然后我在1971年证明了,任何稳态的旋转黑洞确实有这样的一个对称轴。最后在1973年,在伦敦国王学院任教的大卫·罗宾逊利用卡特和我的结果证明了这猜测是对的:这样的黑洞确实必须是克尔解。这样,在引力坍缩之后,一个黑洞必须最终演变成一种能够旋转,但是不能搏动的态。此外,它的大小和形状,只决定于它的质量和旋转速度,而与坍缩形成黑洞的原先物体的性质无关。此结果因如下一句格言而众所周知:“黑洞没有毛。”“无毛”定理具有巨大的实际重要性,因为它极大地限制了黑洞的可能类型。因此,人们可以制造可能包含黑洞的对象的详细模型,再将此模型的预言和观测相比较。因为在黑洞形成之后,我们所能测量的只是有关坍缩物体的质量和旋转速度,所以“无毛”定理还意味着,有关这物体的非常大量的信息,在黑洞形成时损失了。下一章我们将会理解这个意义。

『加入书签,方便阅读』
热门推荐
抱住我的小太监你怎么又来暗恋我又双叒叕上热搜了殿下求放过每次穿越都画风清奇[快穿]被渣男抛弃后的日子[重生]初恋一生贵妃在民国离婚中