著名的斯蒂芬·霍金关于黑洞的理论得到了证实？

　　斯蒂芬霍金最著名的定理之一已被证明是正确的，利用两个遥远的黑洞合并引起的时空涟漪。

　　霍金于 1971 年从爱因斯坦的广义相对论中推导出的黑洞面积定理指出，黑洞的表面积不可能随时间减少。这条规则引起了物理学家的兴趣，因为它与另一个似乎设定时间在特定方向上运行的规则密切相关：热力学第二定律，即封闭系统的熵或无序必须总是增加。因为黑洞的熵与其表面积成正比，所以两者都必须始终增加。

　　根据这项新研究，研究人员对面积定律的确认似乎意味着黑洞的特性是了解支配宇宙的隐藏定律的重要线索。奇怪的是，面积定律似乎与著名物理学家的另一个被证明的定理相矛盾：黑洞应该在极长的时间尺度内蒸发，因此找出两种理论之间矛盾的根源可以揭示新的物理学。

　　“黑洞的表面积不能减少，这就像热力学第二定律。它也有质量守恒，因为你不能减少它的质量，所以这类似于能量守恒，”主要作者麻省理工学院的天体物理学家马克西米利亚诺·伊西告诉 Live Science。“一开始人们会说‘哇，这是一个很酷的平行线’，但我们很快意识到这是基本原理。黑洞有一个熵，它与它们的面积成正比。这不仅仅是一个有趣的巧合，这是一个关于世界的深刻事实他们透露。”

　　黑洞的表面积由称为事件视界的球面边界确定——在这一点之外，没有任何东西，甚至光，都无法逃脱其强大的引力。根据霍金对广义相对论的解释，当黑洞的表面积随着质量的增加而增加时，因为扔进里面的物体不能出去，所以它的表面积不会减少。但是黑洞的表面积也会随着它旋转得越多而缩小，因此研究人员想知道是否有可能将一个物体扔进足够坚硬的物体，使黑洞旋转到足以减小其面积。

　　“你会让它旋转得更多，但不足以抵消你刚刚添加的质量。”伊西说。“无论你做什么，质量和旋转都会使你最终得到更大的区域。”

　　为了验证这一理论，研究人员分析了 13 亿年前由两个庞然大物的黑洞在高速相互旋转时产生的引力波或时空结构中的涟漪。这是高级激光干涉仪引力波天文台 （LIGO） 在 2015 年探测到的第一波波，LIGO 是一束长 1,864 英里（3,000 公里）的激光束，能够通过它们如何改变其路径来检测时空中最轻微的扭曲长度。

　　通过将信号分成两半——在黑洞合并之前和之后——研究人员计算了两个原始黑洞和新组合黑洞的质量和自旋。反过来，这些数字使他们能够计算碰撞前后每个黑洞的表面积。

　　“随着它们相互旋转得越来越快，引力波的振幅越来越大，直到它们最终相互撞击——形成了巨大的波浪爆发，”伊西说。“你留下的是一个处于这种激发态的新黑洞，然后你可以通过分析它的振动方式来研究它。就像你敲钟，它响起的具体音高和持续时间会告诉你结构那个铃铛，还有它是由什么制成的。”

　　新创造的黑洞的表面积大于最初两个黑洞的表面积之和，以超过 95％ 的置信度证实了霍金面积定律。据研究人员称，他们的结果与他们预期的结果非常一致。广义相对论——面积定律的来源——在描述黑洞和其他大型物体方面做得非常有效。

　　然而，真正的谜团始于我们尝试将广义相对论（大物体的规则）与量子力学（非常小的物体的规则）结合起来。奇怪的事件开始发生，对我们所有的硬性规则造成严重破坏，并完全违反区域法。

　　这是因为根据广义相对论，黑洞不能收缩，但根据量子力学，它们可以。表面积定律背后的标志性英国物理学家还提出了一个称为霍金辐射的概念——即通过奇怪的量子效应在黑洞边缘发射粒子雾。这种现象导致黑洞缩小，并最终在比宇宙年龄长几倍的时间段内蒸发。这种蒸发可能会在足够长的时间尺度内发生，在短期内不会违反面积定律，但这对物理学家来说是一个小小的安慰。

　　随着为中短时间框架建立的面积定律，研究人员的下一步将是分析从更多引力波中获得的数据，以获得可以从黑洞中收集到的更深入的见解。

　　“我对这些物体很着迷，因为它们是多么矛盾。它们非常神秘和令人困惑，但同时我们知道它们是现存最简单的物体。”伊西说。“这一点，以及它们是引力与量子力学相遇的地方，使它们成为我们理解现实的完美场所。”