宇宙監(jiān)督假設(shè)簡(jiǎn)介

宇宙監(jiān)督假設(shè)簡(jiǎn)介排行榜收藏打印發(fā)給朋友舉報(bào)槍來(lái)源：繁星客棧發(fā)布者：盧昌海熱度5票瀏覽55次【共0條評(píng)論】【我要評(píng)論】時(shí)間：2008年4月20日09:10一.黑洞、裸奇點(diǎn)及宇宙監(jiān)督假設(shè)在奇點(diǎn)與奇點(diǎn)定理簡(jiǎn)介的第五節(jié)中，我們介紹了Hawking-Penrose奇點(diǎn)定理。按照這一定理，奇點(diǎn)的形成在經(jīng)典廣義相對(duì)論中幾乎是無(wú)可避免的。但奇點(diǎn)的存在對(duì)廣義相對(duì)論的動(dòng)力學(xué)有著很消極的影響。以最常見的Schwarzschild奇點(diǎn)為例，時(shí)空的曲率在奇點(diǎn)附近會(huì)趨于發(fā)散，物理學(xué)定律在這樣的極端條件下將不再適用。即便對(duì)于性情比較''溫和〃-即時(shí)空曲率不發(fā)散-的奇點(diǎn)，由于它所具有的測(cè)地不完備性可以導(dǎo)致粒子在有限時(shí)間內(nèi)從時(shí)空流形中消失，這對(duì)于傳統(tǒng)的物理學(xué)定律同樣是一種破壞。雖然奇點(diǎn)本身-如我們?cè)谄纥c(diǎn)與奇點(diǎn)定理簡(jiǎn)介的第一節(jié)中所說(shuō)-并不存在于物理時(shí)空之中，但如果由它造成的物理定律的破壞可以對(duì)物理時(shí)空的演化產(chǎn)生影響，那么這種、、借尸還魂〃般的影響就足以使得我們無(wú)法有效地預(yù)言物理時(shí)空的演化。顯然，奇點(diǎn)有可能具有的這種不良品性對(duì)廣義相對(duì)論是一種威脅。對(duì)廣義相對(duì)論來(lái)說(shuō)，預(yù)言物理時(shí)空的演化無(wú)疑是一項(xiàng)重要使命。而從原則上破壞這種預(yù)言能力，則無(wú)疑是對(duì)廣義相對(duì)論的一種巨大的，甚至是顛覆性的破壞，這不僅是物理學(xué)家們不希望看到的，而且-在某些物理學(xué)家看來(lái)-也是上帝他老人家不希望看到的。那么，在奇點(diǎn)本身幾乎不可避免的情況下，有什么辦法可以避免奇點(diǎn)可能帶來(lái)的破壞作用呢？這便是我們要在本節(jié)及未來(lái)幾節(jié)中關(guān)注的問題。為了對(duì)這一問題及可能的解決方式有一個(gè)初步認(rèn)識(shí)，我們先來(lái)看一個(gè)大家熟悉的例子：Schwarzschild奇點(diǎn)。我們知道，對(duì)于Schwarzschild奇點(diǎn)來(lái)說(shuō)，大自然以一種非常有效的手段掩蓋了奇點(diǎn)所具有的不良品性，因?yàn)镾chwarzschild奇點(diǎn)總是被包裹在所謂的Schwarzschild視界之內(nèi)，而Schwarzschild視界之內(nèi)的區(qū)域-被稱為Schwarzschild黑洞-與外部時(shí)空在因果上是完全隔絕的。這表明由Schwarzschild奇點(diǎn)所造成的任何物理定律的破壞都被嚴(yán)嚴(yán)實(shí)實(shí)地掩蓋在了黑洞（或視界）之中，而不可能影響外部時(shí)空的演化。從這個(gè)意義上講，Schwarzschild奇點(diǎn)的存在是無(wú)害的。但Schwarzschild奇點(diǎn)只是最簡(jiǎn)單的奇點(diǎn)，它被黑洞（或視界）所包圍這一性質(zhì)能在多大程度上代表奇點(diǎn)的一般性質(zhì)？特別是，當(dāng)Schwarzschild奇點(diǎn)所具有的各種對(duì)稱性不復(fù)存在的時(shí)候，奇點(diǎn)是否仍具有這種被黑洞（或視界）所包圍的特性？卻都是未知數(shù)。一個(gè)奇點(diǎn)倘若不被黑洞（或視界）所包圍，它所造成的物理定律的破壞就有可能對(duì)物理時(shí)空的演化產(chǎn)生影響，這樣的奇點(diǎn)被稱為裸奇點(diǎn)。為了避免奇點(diǎn)的存在破壞時(shí)空的演化性質(zhì)，裸奇點(diǎn)的存在必須被排除。而排除裸奇點(diǎn)的一個(gè)重要途徑，就是證明黑洞（或視界）的出現(xiàn)具有普遍性，而不依賴于任何特殊的對(duì)稱性。讀者也許還記得，我們?cè)诒鞠盗械囊灾性?jīng)介紹過(guò)有關(guān)奇點(diǎn)的產(chǎn)生是否依賴于對(duì)稱性的爭(zhēng)論。奇點(diǎn)定理的證明很漂亮地解決了那一爭(zhēng)論?，F(xiàn)在的問題幾乎是當(dāng)年那場(chǎng)爭(zhēng)論的翻版，只不過(guò)當(dāng)年所爭(zhēng)議的是奇點(diǎn)的產(chǎn)生是否依賴于對(duì)稱性，而我們現(xiàn)在討論的則是黑洞（或視界）的產(chǎn)生是否依賴于對(duì)稱性。很多物理學(xué)家希望對(duì)后者也能找到一個(gè)象當(dāng)年奇點(diǎn)定理那樣的普遍答案，即凡能產(chǎn)生奇點(diǎn)的物理?xiàng)l件，也一定能產(chǎn)生包裹奇點(diǎn)的黑洞（或視界）。顯然，這樣的答案如果存在，我們就不必?fù)?dān)心奇點(diǎn)的出現(xiàn)會(huì)破壞時(shí)空的演化性質(zhì)。物理學(xué)家們的這一良好愿望被稱為宇宙監(jiān)督假設(shè)（cosmiccensorshiphypothesis），它是1969年由Penrose提出的。通俗地講，宇宙監(jiān)督假設(shè)要求所有的奇點(diǎn)都受到黑洞（或視界）的''監(jiān)督〃（即不存在裸奇點(diǎn)）。它的鐵桿支持者Hawking曾將這一假設(shè)幽默地表述為：上帝憎惡裸奇點(diǎn)（Godabhorsanakedsingularity）?？上У氖?，對(duì)于黑洞（或視界）的形成，目前還沒有普遍的結(jié)果。當(dāng)然，這倒也不難理解，因?yàn)槲覀儗?huì)看到，黑洞及視界的定義與時(shí)空的整個(gè)未來(lái)演化有著密切關(guān)系，因而不象奇點(diǎn)的定義那樣局域，研究黑洞（或視界）的形成也因而要比研究奇點(diǎn)的形成困難得多。有些物理學(xué)家甚至不無(wú)悲觀地認(rèn)為，對(duì)這些性質(zhì)的研究超出了人們迄今在微分幾何及微分方程方面所具有的能力。目前物理學(xué)家們所知道的是，描述黑洞的某些時(shí)空-比如Schwarzschild時(shí)空和Kerr時(shí)空（那是Einstein場(chǎng)方程的穩(wěn)定軸對(duì)稱真空解）-在線性微擾下是穩(wěn)定的。這是二十世紀(jì)七、八十年代由C.V.Vishveshwara,R.Price，B.S.Kay，R.Wald和B.F.Whiting等人所證明的。這些結(jié)果意味著如果物質(zhì)分布非常接近于形成Schwarzschild時(shí)空或Kerr時(shí)空所需要的對(duì)稱性，則它們的坍縮將會(huì)產(chǎn)生黑洞而非裸奇點(diǎn)。這一結(jié)果雖有很大的局限性，但對(duì)宇宙監(jiān)督假設(shè)是很重要的早期支持。另一方面，雖然裸奇點(diǎn)不受歡迎，但我們必須看到，在普遍意義上摒棄裸奇點(diǎn)是不現(xiàn)實(shí)的。事實(shí)上，按照大爆炸宇宙論，我們所生活的宇宙始于約一百三十七億年前的一次大爆炸。從經(jīng)典廣義相對(duì)論的意義上講，大爆炸正是一個(gè)裸奇點(diǎn)，我們不僅可以觀測(cè)到它的殘留效應(yīng)，而且我們及我們周圍的一切本身就是殘留效應(yīng)的一部分。不過(guò)大爆炸乃是既成事實(shí)，只要此后的時(shí)空演化不會(huì)產(chǎn)生新的裸奇點(diǎn)，廣義相對(duì)論在實(shí)際意義上的預(yù)言能力就不會(huì)受到破壞。因此，在考慮宇宙監(jiān)督假設(shè)時(shí)，象大爆炸這樣的初始奇點(diǎn)需要被排除在外［注-］。宇宙監(jiān)督假設(shè)關(guān)心的是在正常的物質(zhì)性質(zhì)及初始條件下，通過(guò)諸如引力坍縮之類的演化過(guò)程能否產(chǎn)生出裸奇點(diǎn)。如果裸奇點(diǎn)不存在，那么所有的奇點(diǎn)就都應(yīng)該被黑洞（或視界）所包圍。因此在進(jìn)一步討論宇宙監(jiān)督假設(shè)之前，我們先對(duì)黑洞（或視界）的含義作一點(diǎn)討論。在廣義相對(duì)論中，黑洞這一概念是在漸進(jìn)平直時(shí)空，或者更確切地說(shuō)，是在所謂強(qiáng)漸進(jìn)可預(yù)測(cè)（stronglyasymptoticallypredictable）時(shí)空中進(jìn)行定義的［注二］。什么叫做強(qiáng)漸進(jìn)可預(yù)測(cè)時(shí)空呢？它是一種特殊的漸進(jìn)平直時(shí)空［注三］，在其中類光無(wú)窮遠(yuǎn)的因果過(guò)去-通常記為J-（j+），其中J-表示因果過(guò)去，j+表示類光無(wú)窮遠(yuǎn)-是全局雙曲的［注四］。由于''類光無(wú)窮遠(yuǎn)的因果過(guò)去〃是由所有可以與類光無(wú)窮遠(yuǎn)建立因果聯(lián)系的時(shí)空點(diǎn)所組成，而''全局雙曲〃-如我們?cè)谄纥c(diǎn)與奇點(diǎn)定理簡(jiǎn)介的第四節(jié)中所說(shuō)-意味著時(shí)空的演化可以通過(guò)適當(dāng)?shù)某跏紬l件來(lái)預(yù)言。因此在強(qiáng)漸進(jìn)可預(yù)測(cè)時(shí)空中只要給定適當(dāng)?shù)某跏紬l件，我們就可以對(duì)所有能用光信號(hào)到達(dá)類光無(wú)窮遠(yuǎn)的部分-即J-（j+）-做出完善的預(yù)言。那么什么是黑洞呢？黑洞是由所有無(wú)法與類光無(wú)窮遠(yuǎn)建立因果聯(lián)系的時(shí)空點(diǎn)所組成的時(shí)空區(qū)域（這正是''連光也無(wú)法從黑洞中逃逸〃這一通俗說(shuō)法的物理表述）。如果用M表示整個(gè)時(shí)空流形，那么黑洞就是M-J-（j+）（感興趣的讀者可以思考這樣一個(gè)問題：我們把黑洞定義為由無(wú)法與類光無(wú)窮遠(yuǎn)建立因果聯(lián)系的時(shí)空點(diǎn)組成的時(shí)空區(qū)域，這是否意味著黑洞可以與黑洞外有限遠(yuǎn)的時(shí)空點(diǎn)建立因果聯(lián)系？）。黑洞的邊界則被稱為視界，或者確切地說(shuō)是事件視界（eventhorizon），以區(qū)別于其它一些視界概念（比如奇點(diǎn)與奇點(diǎn)定理簡(jiǎn)介的第四節(jié)提到的Cauchy視界）。顯然，黑洞與視界的上述定義-如我們?cè)谏衔闹兴f(shuō)-與時(shí)空的整個(gè)未來(lái)演化有著密切關(guān)系，因?yàn)閷?duì)類光無(wú)窮遠(yuǎn)及與之能建立因果聯(lián)系的點(diǎn)集的確定，都有賴于時(shí)空未來(lái)演化的整體性質(zhì)。將黑洞的概念與強(qiáng)漸進(jìn)可預(yù)測(cè)時(shí)空的定義聯(lián)系起來(lái)，我們可以看到，在強(qiáng)漸進(jìn)可預(yù)測(cè)時(shí)空中，除黑洞以外的所有區(qū)域都具有良好的因果性質(zhì)（全局雙曲）。這樣的區(qū)域顯然不可能包含奇點(diǎn)。換句話說(shuō)，在強(qiáng)漸進(jìn)可預(yù)測(cè)時(shí)空中如果存在奇點(diǎn)，則奇點(diǎn)必定存在于黑洞之中，這正是宇宙監(jiān)督假設(shè)所預(yù)期的性質(zhì)［注五］。因此，利用強(qiáng)漸進(jìn)可預(yù)測(cè)時(shí)空這一概念，宇宙監(jiān)督假設(shè)（確切地講是所謂的弱宇宙監(jiān)督假設(shè)，以區(qū)別于后文將會(huì)提到的強(qiáng)宇宙監(jiān)督假設(shè)）可以表示為：在正常的物質(zhì)性質(zhì)及初始條件下，時(shí)空是強(qiáng)漸進(jìn)可預(yù)測(cè)的。不過(guò)，上述表述仍是很粗糙的，它雖然對(duì)宇宙監(jiān)督假設(shè)的結(jié)論部分作了比較精確的表述（即時(shí)空是強(qiáng)漸進(jìn)可預(yù)測(cè)的），卻沒有對(duì)前提部分，即所謂''正常的物質(zhì)性質(zhì)及初始條件〃做出明確界定，因此充其量只是一個(gè)''半拉子工程〃。那么，究竟什么才是為使宇宙監(jiān)督假設(shè)成立所需要的''正常的物質(zhì)性質(zhì)及初始條件〃呢？不幸的是，這卻是一個(gè)極其困難的問題-事實(shí)上，這個(gè)問題和宇宙監(jiān)督假設(shè)本身一樣，是一個(gè)迄今尚未完全解決的問題。更不幸的是，這個(gè)極其困難的問題對(duì)于宇宙監(jiān)督假設(shè)的研究至為重要，從而無(wú)可回避-因?yàn)槿舨患俣?'正常的〃初始條件，就無(wú)法將初始奇點(diǎn)及其它一些奇巧的情形排除在外；而若不假定''正常的〃物質(zhì)性質(zhì)，則可以輕而易舉地用純幾何的方式構(gòu)造出有裸奇點(diǎn)的時(shí)空，然后通過(guò)逆用Einstein場(chǎng)方程Tpv=G/8n來(lái)定義相應(yīng)的物質(zhì)分布（這樣定義的物質(zhì)分布通常具有奇特的性質(zhì)），從而構(gòu)造出宇宙監(jiān)督假設(shè)的反例。從這個(gè)意義上講，宇宙監(jiān)督假設(shè)是一個(gè)雙重難題，它的表述本身就是一個(gè)難題，而它的證明則難上加難。值得一提的是，在探索宇宙監(jiān)督假設(shè)的征途上，物理學(xué)家們除了發(fā)揮智慧，也充分展示了他們獨(dú)特的幽默感。1991年9月24日，Hawking與他的同事JohnPreskill及KipThorne以宇宙監(jiān)督假設(shè)為對(duì)象打了一個(gè)賭（當(dāng)然，Hawking把賭注壓在了宇宙監(jiān)督假設(shè)的成立上）。Hawking這人賭運(yùn)一向很差，屬于逢賭必輸?shù)哪欠N，但他的賭品卻是一流的。六年后，隨著一些對(duì)宇宙監(jiān)督假設(shè)不利的證據(jù)得到確立，Hawking公開承認(rèn)了自己的落敗。不過(guò)，在盤點(diǎn)了賭場(chǎng)失意的原因之后Hawking表示，自己之所以失利，乃是因?yàn)樵谫€約（即對(duì)宇宙監(jiān)督假設(shè)的表述）中考慮不周，未對(duì)初始條件（即我們上文提到的''正常的初始條件〃）作出足夠的限定。換句話說(shuō)，Hawking認(rèn)為自己是栽在了我們上文提到的''半拉子工程〃上。當(dāng)然，這番表白在贏家Preskill及Thorne看來(lái)則純屬借口，于是這三位老頑童在Hawking對(duì)賭約略作調(diào)整后重開了賭局［注六這一年，即1997年，他們打賭的消息出現(xiàn)在了《紐約時(shí)報(bào)》的科學(xué)專欄中。在接下來(lái)的幾節(jié)中，我們將討論一些與宇宙監(jiān)督假設(shè)有關(guān)的論據(jù)，其中有些論據(jù)有利于宇宙監(jiān)督假設(shè)，有些則不利。我們將通過(guò)對(duì)這些論據(jù)（尤其是不利的論據(jù)）的討論，來(lái)試圖完善有關(guān)宇宙監(jiān)督假設(shè)的表述。二.摧毀黑洞-MissionImpossible？對(duì)宇宙監(jiān)督假設(shè)的早期考察涉及到一類很特殊的努力，那就是摧毀黑洞（或視界，下同）-當(dāng)然只是通過(guò)理想實(shí)驗(yàn)。這種努力的基本思路是：既然宇宙監(jiān)督假設(shè)要求所有奇點(diǎn)都被黑洞所包圍，那么如果有辦法在不破壞奇點(diǎn)的情況下將黑洞摧毀，原先遁跡其中的奇點(diǎn)豈不就象是被扒掉了衣服，暴露在光天化日之下，從而變成裸奇點(diǎn)了？如果那樣，宇宙監(jiān)督假設(shè)就算被推翻了。對(duì)于一個(gè)假設(shè)，能給出證明固然很好，但推翻顯然也是一種解決方式，而且反過(guò)來(lái)說(shuō)，即便推不翻，也算積累了證據(jù)。因此這種努力不失為是考察宇宙監(jiān)督假設(shè)的一個(gè)直觀并且有益的努力方向。那么黑洞有可能被摧毀嗎？摧毀黑洞，這似乎是前所未聞的故事。事實(shí)上，在只有Schwarzschild解的情形下，這個(gè)問題或許連提都不會(huì)被提出。因?yàn)槲覀兌贾?，由Schwarzschild解所描述的Schwarzschild黑洞在經(jīng)典廣義相對(duì)論中是不可能被摧毀的。它就象一個(gè)貪婪而又吝嗇的守財(cái)奴，只認(rèn)得一件東西，那就是質(zhì)量。而且它對(duì)質(zhì)量向來(lái)只知索取，卻絕不付出，它的視界當(dāng)然也絕不會(huì)憑空消失，而只會(huì)象守財(cái)奴的錢包一樣越來(lái)越大。但是，Schwarzschild黑洞只是最簡(jiǎn)單的黑洞，自Schwarzschild黑洞之后，物理學(xué)家們?cè)趶V義相對(duì)論中又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一些更復(fù)雜的黑洞解，它們不僅呈現(xiàn)出了豐富多彩的性質(zhì)，而且也為摧毀黑洞提供了一些可能的途徑-當(dāng)然，還只是''可能〃。那么，那些更復(fù)雜的黑洞是什么樣子的呢？研究表明，對(duì)于純Einstein-Maxwell耦合體系(即所謂的電真空-electrovac-體系)，廣義相對(duì)論的所有穩(wěn)定(stationary)且軸對(duì)稱(axisymmetric)的解都由所謂的Kerr-Newman度規(guī)所描述［注-］。這一度規(guī)只帶三個(gè)參數(shù)：質(zhì)量m、電荷Q，及單位質(zhì)量所帶的角動(dòng)量J-這一結(jié)果被稱為黑洞無(wú)毛發(fā)定理(nohairtheorem)，或黑洞唯一性定理(uniquenesstheorem)0對(duì)于我們的目的來(lái)說(shuō)，Kerr-Newman度規(guī)的一個(gè)令人矚目的特點(diǎn)是它有兩個(gè)視界，分別位于徑向坐標(biāo)(這里選用G=c=1的單位制)：r±=m土(m2-Q2-J2)1/2處。其中位于r=r;的被稱為外視界，它是事件視界，這一視界以內(nèi)的區(qū)域被稱為Kerr-Newman黑洞；而位于r=r的被稱為內(nèi)視界，它是Cauchy視界。假如-電荷與角動(dòng)量都為零，則內(nèi)視界消失，外視界等同于Schwarzschild視界。除此之外，Kerr-Newman度規(guī)還有一個(gè)重要特點(diǎn)，那就是在赤道面上有一個(gè)等效半徑為J的奇環(huán)。由上述視界半徑公式，細(xì)心的讀者也許自己就能看出一個(gè)問題，那就是內(nèi)外視界在Q2;J2=m2時(shí)將趨于重合，而在Q2;J2>m2時(shí)則會(huì)失去意義，因?yàn)橐暯绻街械谋婚_方式將會(huì)變成負(fù)數(shù)。從物理上講，這時(shí)候Kerr-Newman度規(guī)將不存在視界，從而也將不再描述黑洞。但Kerr-Newman度規(guī)所具有的奇環(huán)卻依然存在，這個(gè)奇環(huán)此時(shí)就變成了所謂的裸奇環(huán)，它的出現(xiàn)將破壞宇宙監(jiān)督假設(shè)。對(duì)于我們雄心勃勃的摧毀黑洞計(jì)劃來(lái)說(shuō)，這無(wú)疑是一條重要線索。看來(lái)貪婪的黑洞似乎也有弱點(diǎn)，通俗地講，我們只要設(shè)法讓一個(gè)它吃進(jìn)過(guò)量的電荷或角動(dòng)量，使得Q2+J2>m2，就能把它撐死。這計(jì)謀看起來(lái)不錯(cuò)，但關(guān)鍵是：它有可能得逞嗎？這種源源不斷地向黑洞輸送電荷或角動(dòng)量，直至將之摧毀的過(guò)程真的有可能實(shí)現(xiàn)嗎？關(guān)于這一點(diǎn)，物理學(xué)家們?cè)?jīng)作過(guò)分析，但結(jié)果-很遺憾-卻是否定的。否定的理由其實(shí)很直觀，我們?cè)谶@里介紹一下。為簡(jiǎn)單起見，我們只考慮通過(guò)獲得過(guò)量的電荷來(lái)摧毀一個(gè)不旋轉(zhuǎn)黑洞（即所謂的Reissner-Nordstrom黑洞）的努力。假定我們每次向黑洞投放電荷6Q，攜帶這一電荷的粒子質(zhì)量則為6m0為了讓黑洞的電荷增加快于質(zhì)量增加，我們要求6Q>6m0向黑洞投放這樣的電荷在一開始是很容易的，事實(shí)上，我們只要將電荷放在黑洞周圍，它就會(huì)自動(dòng)被黑洞的引力所俘獲?？上н@樣的好光景并不能持久，隨著黑洞的總電量Q越來(lái)越接近總質(zhì)量m，繼續(xù)向黑洞投放電荷就會(huì)變得越來(lái)越困難，因?yàn)楹诙粗幸延械碾姾蓪?huì)對(duì)新投放的電荷5Q產(chǎn)生越來(lái)越強(qiáng)烈的排斥，這種排斥最終將會(huì)超過(guò)質(zhì)量6m所受的引力（請(qǐng)讀者想一想為什么？）。在這種情況下，為了讓新投放的電荷能被黑洞俘獲，我們就不能簡(jiǎn)單地將電荷放在黑洞周圍，而必須使勁地將它扔向黑洞，讓它依靠初速度來(lái)克服來(lái)自黑洞電荷的排斥作用。但是這么做的副作用卻是增加了攜帶電荷的粒子所具有的初始能量，即增加了6m。1974年，RobertWald計(jì)算了這一初始能量的大小，結(jié)果發(fā)現(xiàn)若所討論的黑洞已經(jīng)處于Q=m的極端帶電狀態(tài)，那么向這一黑洞所投放的新電荷6Q所需具有的初始能量為：6m>6Q由此可見，為了能在這種極端情形下繼續(xù)向黑洞輸送電荷，被輸送的電荷所具有的能量將會(huì)自動(dòng)保證m>Q繼續(xù)得到滿足。換句話說(shuō)，黑洞是不會(huì)因?yàn)樯厦孢@種輸送電荷的方法而被摧毀的。類似地，如果我們?cè)噲D通過(guò)向一個(gè)J=m的極端旋轉(zhuǎn)黑洞投送具有很大軌道角動(dòng)量的粒子以突破m>J則該粒子所具有的碰撞參數(shù)（impactparameter）將大到使之無(wú)法擊中黑洞。而如果我們?cè)噲D投送的是一個(gè)具有很大自轉(zhuǎn)角動(dòng)量的粒子，則該粒子與旋轉(zhuǎn)黑洞之間會(huì)產(chǎn)生自旋-自旋相互作用，這種相互作用同樣會(huì)阻止其擊中黑洞。將上面這些分析綜合起來(lái)，我們看到，通過(guò)向黑洞投放電荷或角動(dòng)量來(lái)摧毀黑洞看來(lái)是MissionImpossiblet注項(xiàng)注三］。大自然在極端黑洞情形下顯示出的保護(hù)黑洞的手段，是令人矚目的，簡(jiǎn)直象是在有預(yù)謀地阻止裸奇點(diǎn)的出現(xiàn)，這是支持宇宙監(jiān)督假設(shè)的一類很直接的證據(jù)［注四］。.Penrose猜想與宇宙監(jiān)督假設(shè)對(duì)破壞宇宙監(jiān)督假設(shè)的可能性的另一類考察是Penrose所進(jìn)行的。他考慮了一個(gè)漸進(jìn)平直超曲面S上滿足主能量條件的某種物質(zhì)分布［注五］。我們用A0表示由這種物質(zhì)分布所產(chǎn)生的封閉陷獲面的面積。如果宇宙監(jiān)督假設(shè)成立，那么可以證明，所有這些封閉陷獲面都必須被包含在黑洞之內(nèi)，我們用A表示黑洞的外視界面積。在物理上我們預(yù)期，所有的黑洞在經(jīng)歷了各種經(jīng)典廣義相對(duì)論所允許的變化-比如吸積物質(zhì)，輻射引力波等-后，最終將會(huì)進(jìn)入某種穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，即變成一個(gè)穩(wěn)定的黑洞。按照黑洞無(wú)毛發(fā)定理，這一穩(wěn)定黑洞必定是Kerr-Newman黑洞。假定這一Kerr-Newman黑洞的外視界面積為A1。我們知道，Hawking在1971年曾證明過(guò)一個(gè)著名的定理，叫做黑洞面積定理（blackholeareatheorem），它表明如果宇宙監(jiān)督假設(shè)成立，且物質(zhì)分布滿足零能量條件，那么黑洞的視界面積永不減?。圩⒘荨０凑者@一定理，顯然有A<A1。另一方面，Kerr-Newman黑洞的外視界面積為A1=4n（r+2+a2）（其中r+為外視界的徑向坐標(biāo)值，由上節(jié)的表達(dá)式給出）。不難證明（請(qǐng)讀者自行驗(yàn)證），Kerr-Newman黑洞的質(zhì)量與視界面積之間滿足：A1<16nm2。由于i6nmP正是質(zhì)量m的Schwarzschild黑洞的視界面積，因此這個(gè)結(jié)果的物理意義很簡(jiǎn)單，那就是在具有相同質(zhì)量的所有黑洞中，Schwarzschild黑洞具有最大的視界面積。將這一結(jié)果與上面的不等式a<A1聯(lián)立起來(lái)，我們就得到A<16nm2。如果我們進(jìn)一步假設(shè)在整個(gè)過(guò)程中沒有外在的質(zhì)量來(lái)源（由于漸進(jìn)平直超曲面S實(shí)際上就是全空間，因此這一假設(shè)顯然是合理的），那