1971年，英國(guó)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(wú)法逃脫的邊界)的面積永遠(yuǎn)不會(huì)減少，這就是著名的霍金黑洞面積定理。據(jù)美國(guó)麻省理工學(xué)院官網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道，50年后，來(lái)自該機(jī)構(gòu)以及其他大學(xué)的物理學(xué)家利用引力波探測(cè)器首次從觀測(cè)上證實(shí)了這一定理，研究結(jié)果發(fā)表于最新一期《物理評(píng)論快報(bào)》雜志。
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(kāi)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(gè)與黑洞有關(guān)的重要理論。但多年來(lái)，物理學(xué)家們只是利用數(shù)學(xué)方法證實(shí)了黑洞面積定理，從未被觀測(cè)證實(shí)過(guò)。
直到2015年，美國(guó)的激光干涉儀引力波天文臺(tái)(LIGO)觀測(cè)到第一個(gè)雙黑洞合并產(chǎn)生的引力波信號(hào)GW150914——兩個(gè)黑洞相互碰撞產(chǎn)生了一個(gè)新黑洞，釋放出的巨大能量以引力波的形式在時(shí)空中蕩漾，被LIGO“逮個(gè)正著”,這讓物理學(xué)家們看到了希望。是不是可以通過(guò)探測(cè)到的數(shù)據(jù)，證實(shí)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(wèn)他們的探測(cè)結(jié)果是否能用于證明。但受限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)，信號(hào)中的許多信息還不能被提取出來(lái)。
現(xiàn)在，情況發(fā)生了變化。2019年，研究人員開(kāi)發(fā)了一種技術(shù)，可以提取出兩個(gè)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(xiàng)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(hào)，證實(shí)合并后事件視界的總面積并沒(méi)有減少，合并前兩個(gè)黑洞的總視界為23.5萬(wàn)平方公里，而合并后為36.7萬(wàn)平方公里。他們報(bào)告的結(jié)果有95%的置信度。
這是科學(xué)家們首次通過(guò)直接觀測(cè)證實(shí)霍金黑洞面積定理。該團(tuán)隊(duì)計(jì)劃?rùn)z測(cè)未來(lái)的引力波信號(hào)，看能否進(jìn)一步證實(shí)霍金面積定理，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(shuō)：“有可能存在多種致密天體，其中一些是遵循愛(ài)因斯坦理論和霍金定律的黑洞;而另一些則可能‘舉止怪異’。”(記者 劉霞)
關(guān)鍵詞： 霍金黑洞 面積定理 黑洞 引力波探測(cè)器
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