霍金的黑洞定理首次被观测证实 距离提出已时隔50年

有关黑洞的一个中心定律预测，黑洞的事件视界（任何物体都无法逃离的边界）面积永远不会缩小。这就是以物理学家斯蒂芬·霍金命名的霍金面积定理，于1971年由霍金推导得出。

五十年后，一项最新研究利用引力波得出证据，表明黑洞事件视界的总面积永远不会减少。麻省理工学院和其他地方的物理学家利用对引力波的观测，首次证实了霍金提出的面积定理。他们的研究结果于2021年7月1日发表于《物理评论快报》上。

在这项研究中，研究人员仔细观察了GW150914，这是激光干涉引力波天文台（LIGO）在2015年探测到的第一个引力波信号。GW150914是两个内旋黑洞的产物，这两个黑洞合并产生一个新的黑洞，并释放大量能量。这些能量以引力波的形式在时空中荡漾。

如果霍金的面积定理成立，那么新黑洞的事件视界面积应该不会小于其两个母黑洞的事件视界总面积。在新的研究中，物理学家重新分析了两个黑洞碰撞之前和之后，来自GW150914的信号。他们发现，合并之后，事件视界的总面积确实没有减少——他们以95%的置信度发表了这一结果。

他们的发现标志着对霍金面积定理的首次直接观测证实。在此之前，霍金的面积定理只在数学上得到证实，但未曾在自然界中观测到。该研究团队计划测试未来的引力波信号，以期进一步证实霍金的定理，或证明这是一个新的违反物理定律的标志。

1971年，斯蒂芬·霍金提出面积定理，催生一系列关于黑洞力学的基本见解。面积定理预测，黑洞事件视界的总面积——以及宇宙中所有的黑洞——永远不会减少。这一说法与热力学第二定律出奇地相似，因为热力学第二定律指出，熵，或物体内部的无序程度也永远不会减少。

两个定理之间的相似性表明，黑洞或可表现为热的、散发热量的物体——这是一个令人困惑的主张，因为就黑洞的本质而言，人们认为黑洞永远不会让能量逃逸或辐射。霍金最终在1974年解释了这两个观点，提出如果考虑到黑洞的量子效应，黑洞可能在极长的时间尺度上具有熵并释放辐射。这一现象被称为“霍金辐射”，并且依然是关于黑洞的最基础启示之一。