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霍金黑洞面积定理被物理学家利用引力波探测器首次从观测上证实

时间:2021-07-07 15:58:18 来源:科技日报 发布者:DN032
1971年,英国著名物理学家史蒂芬·霍金提出,黑洞的事件视界(任何东西都无法逃脱的边界)的面积永远不会减少,这就是著名的霍金黑洞面积定理。据美国麻省理工学院官网近日报道,50年后,来自该机构以及其他大学的物理学家利用引力波探测器首次从观测上证实了这一定理,研究结果发表于最新一期《物理评论快报》杂志。

黑洞面积定理的提出在黑洞研究史上非常重要,此后物理学家们开启了黑洞热力学的研究,提出了非常黑洞熵、霍金辐射等多个与黑洞有关的重要理论。但多年来,物理学家们只是利用数学方法证实了黑洞面积定理,从未被观测证实过。

直到2015年,美国的激光干涉仪引力波天文台(LIGO)观测到第一个双黑洞合并产生的引力波信号GW150914——两个黑洞相互碰撞产生了一个新黑洞,释放出的巨大能量以引力波的形式在时空中荡漾,被LIGO“逮个正着”,这让物理学家们看到了希望。是不是可以通过探测到的数据,证实霍金黑洞面积定理了呢?甚至连霍金本人,都曾与LIGO取得联系,询问他们的探测结果是否能用于证明。但受限于当时的技术,信号中的许多信息还不能被提取出来。

现在,情况发生了变化。2019年,研究人员开发了一种技术,可以提取出两个黑洞在发生碰撞形成新黑洞的那一刻之后GW150914的一些信息。如果霍金黑洞面积定理成立,则新黑洞的视界面积不应小于其母黑洞的视界总面积。在这项新研究中,物理学家重新分析了黑洞碰撞前后GW150914发出的信号,证实合并后事件视界的总面积并没有减少,合并前两个黑洞的总视界为23.5万平方公里,而合并后为36.7万平方公里。他们报告的结果有95%的置信度。

这是科学家们首次通过直接观测证实霍金黑洞面积定理。该团队计划检测未来的引力波信号,看能否进一步证实霍金黑洞面积定理,或者发现新物理学的“蛛丝马迹”。最新研究主要作者马克西米利亚诺·伊西说:“有可能存在多种致密天体,其中一些是遵循爱因斯坦理论和霍金定律的黑洞;而另一些则可能‘举止怪异’。” (记者刘霞)

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