重磅！霍金面积定理首次从观测上被直接证实

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来源：SCI-NEWS

翻译：周学云

校对：黄 婧

编排：陈立帅

后台：库特莉亚芙卡、李子琦、徐⑨坤、胡永葳

原文链接：

http://www.sci-news.com/astronomy/stephen-hawkings-black-hole-area-law-09820.html

斯蒂芬·霍金在1971年提出了霍金黑洞面积定理（也被称为黑洞力学第二定律），该定理指出，一个经典黑洞的总视界面积不随时间减少。最近，一个来自美国的物理学家小组通过对GW150914引力波事件的观测数据进行深入分析，首次对该定理予以了直接证明。

1971年，斯蒂芬·霍金提出了黑洞面积定理，引发了后续人们对黑洞力学的研究，以及由此产生的一系列基本见解。

艺术家画笔下的黑洞， credit: Sci-News.com

该定理预言：黑洞的总视界面积以及宇宙中所有黑洞的总面积永不减小，这个表述与热力学第二定律——“一个物体的熵（或无序程度）永不减少”，有着惊人的相似之处。这表明黑洞的行为表现得和热辐射物体很类似，但是这种类比又令人感到非常困惑，因为从本质上讲，黑洞不会存在辐射也不会允许能量从其逃逸。

经过反复思考和研究，霍金终于在1974年确认，在长时间尺度下，黑洞确实存在热辐射，也存在熵，黑洞的表面积就是熵。出现矛盾的原因在于以前考虑的都是经典黑洞，没有考虑到黑洞的量子效应。这一证明极为重要，它确认了黑洞具有热性质。为了纪念霍金的这一成就，黑洞热辐射被命名为“霍金辐射”。

“这一切都源自于霍金对黑洞面积不会减少的敏锐意识，” 麻省理工学院Kavli天体物理和空间研究所的物理学博士Maximiliano Isi说道。

电脑模拟两个黑洞的合并，credit: SXS

“面积定理开启了黑洞研究的黄金时代，整个七十年代产生了很多关于黑洞的新见解。”

霍金以及其他许多物理学家多次从理论上论证了该定理的合理性，但直到激光干涉引力波天文台（LIGO）第一次探测到引力波之前，人们都无法从对自然的探测上予以直接证明。

获悉引力波被探测到的消息后，霍金马上联系了LIGO的创始人之一Kip Thorne教授，并询问该探测能否证明面积定理。

不过，当时研究人员还没有能力从收集到的信号中挑选出必要的信息，去验证黑洞合并前后的总视界面积是否如当时霍金所假设的那样不会减少。

在最近的一次研究中，Isi博士和他的同事对GW150914引力波事件进行了更加深入的分析。GW150914是人类在2015年由LIGO首次探测到的引力波事件。

信号是两个黑洞相互吞并合成为一个黑洞时产生的，释放的巨大能量在时空中引起了涟漪，也就是引力波。

如果霍金的假设正确，那么新产生黑洞的视界面积应该不会小于原来两个黑洞总视界面积之和。

物理学家们重新深入分析了GW150914事件中黑洞合并前后的信号，发现确实如霍金假设的那样，总视界面积在合并后并未减少，结论的可信度高达95%。

LIGO位于路易斯安那州利文斯顿的探测器，拥有两个相互垂直的干涉臂，图片来源于维基百科

虽然霍金面积理论之前在数学上已经被多次证明，但是他们的研究标志着该理论首次从直接观测上被证实。

研究者们正在积极计划将来的引力波探测，以便对霍金的理论进行更进一步的检验，甚至发现新的物理学规律。

Isi博士说道：“或许宇宙中存在很多不同类型的致密天体，就如动物园一般，有些是遵循爱因斯坦和霍金理论的黑洞，其它的可能是人类尚未知晓的‘野兽’。”

艺术家笔下的天鹅座X-1黑洞，它由一个巨大的恒星坍缩形成，正在吞噬旁边蓝巨星的物质。Credits: NASA/CXC/M.Weiss

“因此，这种测试不是说做一次就完事了，一次试验只是刚开头，一个理论的证明需要大量的测试和验证。”

责任编辑：周学云

牧夫新媒体编辑部

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霍金：“听我的没错吧~”