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霍金黑洞面積定理首次獲觀測證實

2021-07-07 10:50:12科技日報
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  1971年,英國著名物理學家史蒂芬·霍金提出,黑洞的事件視界(任何東西都無法逃脱的邊界)的面積永遠不會減少,這就是著名的霍金黑洞面積定理。據美國麻省理工學院官網近日報道,50年後,來自該機構以及其他大學的物理學家利用引力波探測器首次從觀測上證實了這一定理,研究結果發表於最新一期《物理評論快報》雜誌。

  黑洞面積定理的提出在黑洞研究史上非常重要,此後物理學家們開啓了黑洞熱力學的研究,提出了非常黑洞熵、霍金輻射等多個與黑洞有關的重要理論。但多年來,物理學家們只是利用數學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台(LIGO)觀測到第一個雙黑洞合併產生的引力波信號GW150914——兩個黑洞相互碰撞產生了一個新黑洞,釋放出的巨大能量以引力波的形式在時空中盪漾,被LIGO“逮個正着”,這讓物理學家們看到了希望。是不是可以通過探測到的數據,證實霍金黑洞面積定理了呢?甚至連霍金本人,都曾與LIGO取得聯繫,詢問他們的探測結果是否能用於證明。但受限於當時的技術,信號中的許多信息還不能被提取出來。

  現在,情況發生了變化。2019年,研究人員開發了一種技術,可以提取出兩個黑洞在發生碰撞形成新黑洞的那一刻之後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小於其母黑洞的視界總面積。在這項新研究中,物理學家重新分析了黑洞碰撞前後GW150914發出的信號,證實合併後事件視界的總面積並沒有減少,合併前兩個黑洞的總視界為23.5萬平方公里,而合併後為36.7萬平方公里。他們報告的結果有95%的置信度。

  這是科學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,或者發現新物理學的“蛛絲馬跡”。最新研究主要作者馬克西米利亞諾·伊西説:“有可能存在多種緻密天體,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’。”

責任編輯:陳運欣

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