這令人驚奇的事實(shí)導(dǎo)致羅杰·彭羅斯提出了宇宙監(jiān)督猜測，它可以被意譯為：“上帝憎惡裸奇點(diǎn)。”換言之，由引力坍縮所產(chǎn)生的奇點(diǎn)只能發(fā)生在像黑洞這樣的地方，在那兒它被事件視界體面地遮住而不被外界看見。嚴(yán)格地講，這是所謂弱的宇宙監(jiān)督猜測：它使留在黑洞外面的觀察者不致受到發(fā)生在奇點(diǎn)處的可預(yù)見性失效的影響，但它對(duì)那位不幸落到黑洞里的可憐的航天員卻是愛莫能助。

廣義相對(duì)論方程存在一些解，這些解使得我們的航天員可能看到裸奇點(diǎn)。他也許能避免撞到奇點(diǎn)上去，而穿過一個(gè)“蟲洞”來到宇宙的另一區(qū)域。看來這給空間——時(shí)間內(nèi)的旅行提供了巨大的可能性。但是不幸的是，所有這些解似乎都是非常不穩(wěn)定的；最小的干擾，譬如一個(gè)航天員的存在就會(huì)使之改變，以至于他還沒能看到此奇點(diǎn)，就撞上去而結(jié)束了他的時(shí)間。換言之，奇點(diǎn)總是發(fā)生在他的將來，而從不會(huì)在過去。強(qiáng)的宇宙監(jiān)督猜測是說，在一個(gè)現(xiàn)實(shí)的解里，奇點(diǎn)總是或者整個(gè)存在于將來（如引力坍縮的奇點(diǎn)），或者整個(gè)存在于過去（如大爆炸）。因?yàn)樵诮咏闫纥c(diǎn)處可能旅行到過去，所以宇宙監(jiān)督猜測的某種形式的成立是大有希望的。這對(duì)科學(xué)幻想作家而言是不錯(cuò)的，它表明沒有任何一個(gè)人的生命曾經(jīng)平安無事：有人可以回到過去，在你投胎之前殺死你的父親或母親！

事件視界，也就是空間——時(shí)間中不可逃逸區(qū)域的邊界，正如同圍繞著黑洞的單向膜：物體，譬如不謹(jǐn)慎的航天員，能通過事件視界落到黑洞里去，但是沒有任何東西可以通過事件視界而逃離黑洞。（記住事件視界是企圖逃離黑洞的光的空間——時(shí)間軌道，沒有任何東西可以比光運(yùn)動(dòng)得更快。）人們可以將詩人但丁針對(duì)地獄入口所說的話恰到好處地用于事件視界：“從這兒進(jìn)去的人必須拋棄一切希望。”任何東西或任何人一旦進(jìn)入事件視界，就會(huì)很快地到達(dá)無限致密的區(qū)域和時(shí)間的終點(diǎn)。

廣義相對(duì)論預(yù)言，運(yùn)動(dòng)的重物會(huì)導(dǎo)致引力波的輻射，那是以光的速度傳播的空間——時(shí)間曲率的漣漪。引力波和電磁場的漣漪光波相類似，但是要探測到它則困難得多。就像光一樣，它帶走了發(fā)射它們的物體的能量。因?yàn)槿魏芜\(yùn)動(dòng)中的能量都會(huì)被引力波的輻射所帶走，所以可以預(yù)料，一個(gè)大質(zhì)量物體的系統(tǒng)最終會(huì)趨向于一種不變的狀態(tài)。（這和扔一塊軟木到水中的情況相當(dāng)類似，起先翻上翻下折騰了好一陣，但是當(dāng)漣漪將其能量帶走，就使它最終平靜下來。）例如，繞著太陽公轉(zhuǎn)的地球即產(chǎn)生引力波。其能量損失的效應(yīng)將改變地球的軌道，使之逐漸越來越接近太陽，最后撞到太陽上，以這種方式歸于最終不變的狀態(tài)。在地球和太陽的情形下能量損失率非常小——大約只能點(diǎn)燃一個(gè)小電熱器，這意味著要用大約1干億億億年地球才會(huì)和太陽相撞，沒有必要立即去為之擔(dān)憂！地球軌道改變的過程極其緩慢，以至于根本觀測不到。但幾年以前，在稱為psr1913+16（psr表示“脈沖星”，一種特別的發(fā)射出無線電波規(guī)則脈沖的中子星）的系統(tǒng)中觀測到這一效應(yīng)。此系統(tǒng)包含兩個(gè)互相圍繞著運(yùn)動(dòng)的中子星，由于引力波輻射，它們的能量損失，使之相互以螺旋線軌道靠近。j·h·泰勒和r·a·荷爾西由于對(duì)廣義相對(duì)論的這一證實(shí)，而獲得1993年的諾貝爾獎(jiǎng)。大約3億年后它們將會(huì)碰撞。它們在碰撞之前，將會(huì)公轉(zhuǎn)得這么快速，甚至像ligo這樣的檢測器卻能接收到它們射出的引力波。

在恒星引力坍縮形成黑洞時(shí)，運(yùn)動(dòng)會(huì)更快得多，這樣能量被帶走的速率就高得多。所以不用太長的時(shí)間就會(huì)達(dá)到不變的狀態(tài)。這最終的狀態(tài)將會(huì)是怎樣的呢？人們會(huì)以為它將依賴于形成黑洞的恒星的所有的復(fù)雜特征——不僅僅它的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)速度，而且恒星不同部分的不同密度以及恒星內(nèi)氣體的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)。如果黑洞就像坍縮形成它們的原先物體那樣變化多端，一般來講，對(duì)之作任何預(yù)言都將是非常困難的。

然而，加拿大科學(xué)家外奈·伊斯雷爾（他生于柏林，在南非長大，在愛爾蘭得到博士）在1967年使黑洞研究發(fā)生了徹底的改變。他指出，根據(jù)廣義相對(duì)論，非旋轉(zhuǎn)的黑洞必須是非常簡單、完美的球形；其大小只依賴于它們的質(zhì)量，并且任何兩個(gè)這樣的同質(zhì)量的黑洞必須是等同的。事實(shí)上，它們可以用愛因斯坦的特解來描述，這個(gè)解是在廣義相對(duì)論發(fā)現(xiàn)后不久的1917年卡爾·施瓦茲席爾德找到的。一開始，許多人（其中包括伊斯雷爾自己）認(rèn)為，既然黑洞必須是完美的球形，一個(gè)黑洞只能由一個(gè)完美球形物體坍縮而形成。所以，任何實(shí)際的恒星——從來都不是完美的球形——只會(huì)坍縮形成一個(gè)裸奇點(diǎn)。

然而，對(duì)于伊斯雷爾的結(jié)果，一些人，特別是羅杰·彭羅斯和約翰·惠勒提倡一種不同的解釋。他們論證道，牽涉恒星坍縮的快速運(yùn)動(dòng)表明，其釋放出來的引力波使之越來越近于球形，到它終于靜態(tài)時(shí)，就變成準(zhǔn)確的球形。按照這種觀點(diǎn)，任何非旋轉(zhuǎn)恒星，不管其形狀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)如何復(fù)雜，在引力坍縮之后都將終結(jié)于一個(gè)完美的球形黑洞，其大小只依賴于它的質(zhì)量。這種觀點(diǎn)得到進(jìn)一步的計(jì)算支持，并且很快就為大家所接受。

伊斯雷爾的結(jié)果只處理了由非旋轉(zhuǎn)物體形成的黑洞。1963年，新西蘭人羅伊·克爾找到了廣義相對(duì)論方程的描述旋轉(zhuǎn)黑洞的一族解。這些“克爾”黑洞以恒常速度旋轉(zhuǎn)，其大小與形狀只依賴于它們的質(zhì)量和旋轉(zhuǎn)的速度。如果旋轉(zhuǎn)為零，黑洞就是完美的球形，這解就和施瓦茲席爾德解一樣。如果有旋轉(zhuǎn)，黑洞的赤道附近就鼓出去（正如地球或太陽由于旋轉(zhuǎn)而鼓出去一樣），而旋轉(zhuǎn)得越快則鼓得越多。由此人們猜測，如將伊斯雷爾的結(jié)果推廣到包括旋轉(zhuǎn)體的情形，則任何旋轉(zhuǎn)物體坍縮形成黑洞后，將最后終結(jié)于由克爾解描述的一個(gè)靜態(tài)。

1970年，我在劍橋的一位同事和研究生同學(xué)布蘭登·卡特為證明此猜測跨出了第一步。他指出，假定一個(gè)穩(wěn)態(tài)的旋轉(zhuǎn)黑洞，正如一個(gè)自旋的陀螺那樣，有一個(gè)對(duì)稱軸，則它的大小和形狀，只由它的質(zhì)量和旋轉(zhuǎn)速度所決定。然后我在1971年證明了，任何穩(wěn)態(tài)旋轉(zhuǎn)黑洞確實(shí)有這樣的一個(gè)對(duì)稱軸。最后，在國王學(xué)院任教的大衛(wèi)·羅賓遜利用卡特和我的結(jié)果證明了這猜測是對(duì)的：這樣的黑洞確實(shí)必須是克爾解。所以在引力坍縮之后，一個(gè)黑洞必須最終演變成一種能夠旋轉(zhuǎn)、但是不能搏動(dòng)的態(tài)。并且它的大小和形狀，只決定于它的質(zhì)量和旋轉(zhuǎn)速度，而與坍縮成為黑洞的原先物體的性質(zhì)無關(guān)。此結(jié)果以這樣的一句諺語表達(dá)而成為眾所周知：“黑洞沒有毛。”“無毛”定理具有巨大的實(shí)際重要性，因?yàn)樗鼧O大地限制了黑洞的可能類型。所以，人們可以制造可能包含黑洞的物體的具體模型，再將此模型的預(yù)言和觀測相比較。因?yàn)樵诤诙葱纬芍螅覀兯軠y量的只是有關(guān)坍縮物體的質(zhì)量和旋轉(zhuǎn)速度，所以“無毛”定理還意味著，有關(guān)這物體的非常大量的信息，在黑洞形成時(shí)損失了。下一章我們將會(huì)看到它的意義。

黑洞是科學(xué)史上極為罕見的情形之一，在沒有任何觀測到的證據(jù)證明其理論是正確的情形下，作為數(shù)學(xué)的模型被發(fā)展到非常詳盡的地步。的確，這經(jīng)常是反對(duì)黑洞的主要論據(jù)：你怎么能相信一個(gè)其依據(jù)只是基于令人懷疑的廣義相對(duì)論的計(jì)算的對(duì)象呢？然而，1963年，加利福尼亞的帕羅瑪天文臺(tái)的天文學(xué)家馬丁·施密特測量了在稱為3c273（即是劍橋射電源編目第三類的273號(hào)）射電源方向的一個(gè)黯淡的類星體的紅移。他發(fā)現(xiàn)引力場不可能引起這么大的紅移——如果它是引力紅移，這類星體必須具有如此大的質(zhì)量，并離我們?nèi)绱酥灾劣跁?huì)干擾太陽系中的行星軌道。這暗示此紅移是由宇宙的膨脹引起的，進(jìn)而表明此物體離我們非常遠(yuǎn)。由于在這么遠(yuǎn)的距離還能被觀察到，它必須非常亮，也就是必須輻射出大量的能量。人們會(huì)想到，產(chǎn)生這么大量能量的唯一機(jī)制看來不僅僅是一個(gè)恒星，而是一個(gè)星系的整個(gè)中心區(qū)域的引力坍縮。人們還發(fā)現(xiàn)了許多其他類星體，它們都有很大的紅移。但是它們都離開我們太遠(yuǎn)了，所以對(duì)之進(jìn)行觀察太困難，以至于不能給黑洞提供結(jié)論性的證據(jù)。

1967年，劍橋的一位研究生約瑟琳·貝爾發(fā)現(xiàn)了天空發(fā)射出無線電波的規(guī)則脈沖的物體，這對(duì)黑洞的存在的預(yù)言帶來了進(jìn)一步的鼓舞。起初貝爾和她的導(dǎo)師安東尼·赫維許以為，他們可能和我們星系中的外星文明進(jìn)行了接觸！我的確記得在宣布他們發(fā)現(xiàn)的討論會(huì)上，他們將這四個(gè)最早發(fā)現(xiàn)的源稱為lgm1－lgm4，lgm表示“小綠人”（“l(fā)ittlegreenman”）的意思。然而，最終他們和所有其他人都得到了不太浪漫的結(jié)論，這些被稱為脈沖星的物體，事實(shí)上是旋轉(zhuǎn)的中子星，這些中子星由于它們的磁場和周圍物質(zhì)復(fù)雜的相互作用，而發(fā)出無線電波的脈沖。這對(duì)于寫空間探險(xiǎn)的作者而言是個(gè)壞消息，但對(duì)于我們這些當(dāng)時(shí)相信黑洞的少數(shù)人來說，是非常大的希望——這是第一個(gè)中子星存在的證據(jù)。中子星的半徑大約10英里，只是恒星變成黑洞的臨界半徑的幾倍。如果一顆恒星能坍縮到這么小的尺度，預(yù)料其他恒星會(huì)坍縮到更小的尺度而成為黑洞，就是理所當(dāng)然的了。