新發表的一份研究找到一種方法,能夠從引力波數據內分析出黑洞合併前後的更多特徵,發現50 年前物理學家霍金(Stephen Hawking) 提出的理論是正確的。

黑洞是一種能夠吞噬幾乎所有物質的天體,包括光線。事件視界(Event Horizon)是科學家為黑洞假想的一個邊界的概念,在這個邊界以內所有的物質都無法逃逸。已故物理學家霍金在1971 年提出的理論認為,黑洞的事件視界的面積不會隨著時間的推移而縮小。這就是著名的霍金黑洞面積定理。

一份由麻省理工學院(MIT)的物理學家和其他研究人員合作的研究,分析了引力波GW150914 的數據,第一次證明霍金在50 年前提出的理論是對的。

GW150914 是歷史上科學家探測到的第一個引力波信號。美國激光干涉儀引力波天文臺(LIGO)在2015 年探測到這個信號。研究顯示,兩個質量分別是太陽的36倍和29 倍的黑洞合併的過程,發出了這個信號,估計這個事件發生在距今13 億年前。引力波就像是這樣一個劇烈的撞擊事件所發出的巨大能量在時空中所產生的漣漪。

如果霍金的面積理論是對的,那麼合併之後黑洞的事件視界區域不應該小於之前兩個黑洞的事件視界區域面積之和。可是在霍金的理論提出之後的很多年裡,研究人員只能從引力波的信號裡面找到黑洞的某些基本特徵,不足以檢驗霍金的理論。

這份研究找到一個新的辦法,第一次能夠從引力波裡分析出合併前、合併後的黑洞的更多特徵。

研究介紹說,按照他們的計算合併之前兩個黑洞事件視界面積之和大約是23.5 萬平方公里,幾乎相當於麻薩諸塞州面積的9 倍。合併之後新的黑洞的事件視界的面積約是36.7 萬平方公里,大約是麻薩諸塞州面積的13 倍。

這份研究的負責人麻省理工學院研究員伊西(Maximiliano Isi)說:「數據明顯表明,視界面積在合併後增加了,這說明(霍金提出的)面積理論有很大的可能性是正確的。」研究稱,這份報告數據的置信度高達95%。

這是科學家們首次通過直接觀測證實霍金黑洞面積定理。

這份研究7 月1 日發表於《物理評論快報》(Physical Review Letters)。◇