二九文学

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第14章 黑洞2（第2页）

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。