相对论的火花：带电黑洞与两个视界

自然界有两种长距离的作用力：引力和电磁力。因此在史瓦西黑洞解发表后不久，科学家们便很自然地寻找带电又球对称的黑洞解。首先是德国的莱斯纳（Hans Reissner，1874—1967），在1916年提出带电的球对称黑洞解（有趣的是，他并不是职业物理学家，而是航空工程师）。接着著名的德国数学家外尔（Hermann Weyl）在1917年，芬兰的物理学家德斯特罗姆（Gunner Nordström）在1918年，都提出类似的黑洞解。因此，人们称它为莱斯纳－德斯特罗姆黑洞（莱-诺黑洞）。

莱-诺黑洞（图3-7）跟史瓦西黑洞一样，有只能进不能出的事件视界和中心奇点。但莱-诺黑洞不同的地方是它有两个视界，外面的是事件视界，一个掉进莱-诺黑洞的观察者，进入外视界后，径向坐标会从类空间（spacelike）变成类时间（timelike）（史瓦西黑洞的情形也一样），它只能往内掉，无法退出，就像时间无法倒流一样。但通过内视界后，径向坐标又变回类空间，因此观察者可以选择往中心奇点，或往外通过一个带电的白洞，而到达另一个宇宙。莱-诺黑洞真的可以作为通达不同宇宙的虫洞（wormhole）吗？看起来有一点不可思议，但它的确是广义相对论给出的解。

图3-7　由莱斯纳-诺德斯特罗姆解描述的带电黑洞，有内外两个视界(www.xing528.com)

当黑洞的电量愈大，则内外视界会愈接近。当电量到达一个临界量，则内外视界会合而为一，就是所谓极值黑洞（extreme black hole）。极值黑洞有“超对称”（即自旋为整数的玻色子和自旋为半整数的费米子之间的对称）的特性，会出现于超引力理论中。

如果电量增加超过这个临界值，则两个视界都不复存在，外界便可以观察到裸露的中心奇点。莱-诺超极值黑洞，是最典型的裸奇点，其存在好像跟宇宙审查假说有所冲突。如果宇宙审查假说是正确的，这种黑洞就不可能产生，但到目前为止，仍没有完整的证明。