霍金黑洞（霍金黑洞面积定理是什么）

拈花把酒 • 2023年2月18日 am10:05 • 投稿 • 阅读 988

证实！黑洞视界面积不减！了不起的霍金定理

视界面积（熵）的增与减——广相与量子力学的对立统一

黑洞面积与宇宙中混乱度息息相关。

“恰似热力学第二定律，黑洞表面积不减。与此同时，黑洞还遵循质量守恒——因为无法减少它的质量，所以这也类似能量守恒，”该证实工作的一作，麻省理工学院的天体物理学家马克西米利亚诺-伊西（Maximiliano Isi）告诉我们。“人们乍看到二者的共性（黑洞定理与热力学第二定理/能量守恒）会惊呼 ‘哇，两套理论串起来了，确实太奇妙太酷了’ 但我们很快意识到根本的内在逻辑。黑洞也有熵（用熵刻画），且熵与黑洞面积成正比。所以，这不只是一个有趣的巧合，它揭示出宇宙的深刻真理。

将信号分成两方面来看——即，黑洞合并的前与后——研究人员计算出两原始黑洞和新组合黑洞的质量和自旋。这些数据反过来也使他们能够计算坍缩前后各个黑洞的表面积。

“随着俩黑洞相互旋转越来越快，引力波振幅也越来越大，直到它们最终碰撞融合——形成波的大爆发，”伊西说，“剩下的便是一个处于激发态，一个可以通过分析其振动方式来研究的新黑洞。（简单类比一下）比如说，你敲响铃铛，它响起的特定音高和持续时间会告诉你这个铃铛的结构与组分。”

新创建的黑洞的表面积比最初两黑洞的表面积之和还要大，这以超过95%的置信度证实了霍金的黑洞面积定理。据研究人员称，他们的结果与理论预期几乎完全一致。广义相对论——面积定理的理论基础——在描述黑洞和其他大物体方面非常有效。

然而，在研究者们试图统一广义相对论与量子力学（即分别适用于宏观大物体与适用于微观物体的规律）之时，真正的迷思出现。怪事也显现出来——（统一广相与量子力学）严重破坏了我们所有的固有硬性物理规律，也全然违反了面积定理。

这是因为根据广义相对论，黑洞不能收缩。但据量子力学黑洞收缩却可能存在。闻名到成为标志性人物的英国物理学家（霍金本人）在面积定理之后还提出了一个被称为霍金辐射的概念——通过奇异的量子效应，一团团粒子雾在黑洞边缘被辐射出。这种现象导致黑洞缩小，并最终会在比宇宙年龄长几倍的时间段内蒸发。这种蒸发可能仅发生在足够长的时间尺度上，不会在短期内违反面积定律，但这对物理学家来说已是个小小安慰。