斯蒂芬·霍金的黑洞面积定律被观测证实

2022-02-25 / 作者:猫咪资讯 / 来源:网络整理 / 阅读:663 /
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霍金的黑洞面积定理,也被称为黑洞力学第二定律,指出经典黑洞的总视界面积不能随时间而减少。这个定理是以物理学家斯蒂芬·霍金的名字命名的,他在1971年提出了这个定理。一组美国物理学家利用对引力波事件GW150914的观测,首次证实了这一点。艺术家对黑洞的印象。影像学分:Sci-Ne......

霍金的黑洞面积定理,也被称为黑洞力学第二定律,指出经典黑洞的总视界面积不能随时间而减少。这个定理是以物理学家斯蒂芬·霍金的名字命名的,他在1971年提出了这个定理。一组美国物理学家利用对引力波事件GW150914的观测,首次证实了这一点。

An artist’s impression of a black hole. Image credit: Sci-News.com.

艺术家对黑洞的印象。影像学分:Sci-News.com。

1971年,斯蒂芬·霍金提出了黑洞面积定理,掀起了一系列关于黑洞力学的基本洞见。

该定理预测黑洞事件视界的总面积& # 8212;以及宇宙中所有的黑洞,就此而言& # 8212;应该永远不会减少。这种说法与热力学第二定律惊人地相似,热力学第二定律指出,物体内部的熵或无序程度也永远不应减少。

这两种理论之间的相似性表明黑洞可以表现为热的、散发热量的物体& # 8212;这是一个令人困惑的命题,因为黑洞本质上被认为永远不会让能量逃逸或辐射。

霍金最终在1974年将这两个想法摆平,表明如果考虑到黑洞的量子效应,黑洞可能具有熵,并在很长的时间尺度内发出辐射。这一现象被称为霍金辐射,仍然是关于黑洞的最基本的启示之一。

麻省理工学院卡弗利天体物理和空间研究所的物理学家马克西米利诺·伊西博士说:“这一切都始于霍金意识到黑洞的总视界面积永远不会下降。

“区域法概括了20世纪70年代的一个黄金时代,所有这些见解都是在这个时代产生的。”

霍金和其他人已经证明面积定理在数学上是可行的,但是在LIGO第一次探测到引力波之前,没有办法对照自然来检验它。

霍金听到这个结果后,迅速联系了LIGO的联合创始人基普·索恩教授。他的问题:探测能证实面积定理吗?

当时,研究人员没有能力像霍金定理假设的那样,在合并前后挑出信号中的必要信息,以确定最终的地平线面积是否没有减少。

在这项新的研究中,伊西博士和他的同事仔细观察了GW150914,这是激光干涉仪引力波天文台(LIGO)在2015年探测到的第一个引力波信号。

这个信号是两个不断膨胀的黑洞的产物,这两个黑洞产生了一个新的黑洞,同时伴随着大量的能量以引力波的形式穿越时空。

如果霍金面积定理成立,那么新黑洞的视界面积应该不会小于其母体黑洞的总视界面积。

物理学家重新分析了宇宙碰撞前后来自GW150914的信号,发现合并后总的视界面积确实没有减少。他们以95%的信心报告了这一结果。

他们的发现标志着霍金面积定理的第一次直接观测证实,该定理已被数学证明,但迄今为止从未在自然界中观测到。

研究人员现在计划测试未来的引力波信号,看看它们是否可能进一步证实霍金定理,或者是新的、违反定律的物理学的标志。

“有可能有一个由不同致密物体组成的动物园,虽然其中一些是遵循爱因斯坦和霍金定律的黑洞,但其他的可能是略有不同的野兽,”伊西博士说。

“所以,这不像你做了一次测试就结束了。你做一次,这就是开始。”

该团队的论文将发表在《物理评论快报》杂志上。

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Maximiliano Isi等人,2021年。用GW150914测试黑洞面积定律。出版中的《物理评论快报》;arXiv: 2012.04486


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