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霍金黑洞面積定理首次獲觀測證實

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2021-07-07 08:31:52 字號：A- A A+ 來源：科技日報

1971年，英國著名物理學(xué)家史蒂芬·霍金提出，黑洞的事件視界(任何東西都無法逃脫的邊界)的面積永遠(yuǎn)不會減少，這就是著名的霍金黑洞面積定理。據(jù)美國麻省理工學(xué)院官網(wǎng)近日報道，50年后，來自該機構(gòu)以及其他大學(xué)的物理學(xué)家利用引力波探測器首次從觀測上證實了這一定理，研究結(jié)果發(fā)表于最新一期《物理評論快報》雜志。

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黑洞面積定理的提出在黑洞研究史上非常重要，此后物理學(xué)家們開啟了黑洞熱力學(xué)的研究，提出了非常黑洞熵、霍金輻射等多個與黑洞有關(guān)的重要理論。但多年來，物理學(xué)家們只是利用數(shù)學(xué)方法證實了黑洞面積定理，從未被觀測證實過。

直到2015年，美國的激光干涉儀引力波天文臺(LIGO)觀測到第一個雙黑洞合并產(chǎn)生的引力波信號GW150914——兩個黑洞相互碰撞產(chǎn)生了一個新黑洞，釋放出的巨大能量以引力波的形式在時空中蕩漾，被LIGO“逮個正著”，這讓物理學(xué)家們看到了希望。是不是可以通過探測到的數(shù)據(jù)，證實霍金黑洞面積定理了呢？甚至連霍金本人，都曾與LIGO取得聯(lián)系，詢問他們的探測結(jié)果是否能用于證明。但受限于當(dāng)時的技術(shù)，信號中的許多信息還不能被提取出來。

現(xiàn)在，情況發(fā)生了變化。2019年，研究人員開發(fā)了一種技術(shù)，可以提取出兩個黑洞在發(fā)生碰撞形成新黑洞的那一刻之后GW150914的一些信息。如果霍金黑洞面積定理成立，則新黑洞的視界面積不應(yīng)小于其母黑洞的視界總面積。在這項新研究中，物理學(xué)家重新分析了黑洞碰撞前后GW150914發(fā)出的信號，證實合并后事件視界的總面積并沒有減少，合并前兩個黑洞的總視界為23.5萬平方公里，而合并后為36.7萬平方公里。他們報告的結(jié)果有95%的置信度。

這是科學(xué)家們首次通過直接觀測證實霍金黑洞面積定理。該團隊計劃檢測未來的引力波信號，看能否進一步證實霍金黑洞面積定理，或者發(fā)現(xiàn)新物理學(xué)的“蛛絲馬跡”。最新研究主要作者馬克西米利亞諾·伊西說：“有可能存在多種致密天體，其中一些是遵循愛因斯坦理論和霍金定律的黑洞；而另一些則可能‘舉止怪異’?！?
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