「黑洞無毛定理」(No-Hair Theorem)是一個聽起來很可愛、但其實非常冷酷的物理結論。
一句話版本:
黑洞形成之後,除了質量、電荷、自旋之外,不保留任何其他可觀測資訊。
換句話說——
黑洞是宇宙中「最簡潔」的物體。
一、為什麼叫「無毛」?
物理學家 John Wheeler 說過一句名言:
"Black holes have no hair."
意思是:
黑洞沒有任何「細節裝飾」。
不管原來是:
- 一顆恆星
- 一團氣體
- 一本書
- 一個人
- 一堆亂七八糟的物質
只要塌縮成黑洞,
外部觀察者最後只能看到三個數字:
- 質量(Mass)
- 電荷(Charge)
- 角動量(Spin)
沒有其他「特徵」。
二、這個定理在說什麼?
在廣義相對論 + 電磁學框架下,
所有穩定黑洞解都屬於:
- 史瓦西黑洞(無自旋、無電荷)
- 克爾黑洞(有自旋)
- Reissner–Nordström(有電荷)
- Kerr–Newman(有自旋+電荷)
沒有其他自由度。
這表示:
黑洞外部場只由這三個參數決定。
不管你丟進去的是:
- 鐵
- 金
- 電磁波
- 複雜結構
都會被「洗掉」。
三、為什麼會這樣?
直覺原因是:
- 塌縮過程中會產生強烈重力波
- 不對稱會輻射掉
- 系統會趨於最穩定解
就像:
- 把一團水倒進杯子
- 最後表面會變成平滑
所有「毛髮」——
也就是複雜結構——
都被動力學洗掉。
四、這跟資訊悖論有什麼關係?
問題出在這裡:
如果黑洞只剩三個數字,
那麼:
其他所有資訊去哪了?
但量子力學說:
資訊不能消失。
這就產生了黑洞資訊悖論。
無毛定理在經典理論裡是對的,
但它似乎跟量子單位性衝突。
五、現在還相信無毛定理嗎?
分情況。
在經典廣義相對論下:
幾乎成立。
在量子理論下:
可能不完全正確。
有幾種可能:
1️⃣ 軟毛(Soft Hair)
近年提出:
黑洞可能有「非常微弱的額外自由度」,
與對稱性(BMS symmetry)相關。
這被稱為:
黑洞可能其實有「極細的毛」。
2️⃣ 全像原理
黑洞熵暗示:
黑洞有大量微觀自由度。
這表示:
無毛定理可能只對經典場成立,
但微觀上仍有資訊結構。
六、最重要的觀念
無毛定理說的是:
外部觀察者在經典理論下,
無法區分黑洞是怎麼形成的。
它不是說:
黑洞真的沒有微觀自由度。
它只是說:
那些自由度不出現在經典外部場裡。
七、一句總結
黑洞無毛定理的核心是:
黑洞是自然界最極端的「資訊壓縮器」。
所有細節都被壓縮成三個宏觀參數。
但量子理論正在暗示:
也許那些「被壓縮的細節」並沒有真正消失。














