Hawking的黑洞定理是第一次通过观察到的

两个黑洞碰撞合并

艺术家对两个黑洞的印象即将碰撞和合并。

基于引力波的研究提供了证据,表明黑洞事件视界的总面积永远不会减少。

即使是宇宙中最极端的物体也必须遵守某些规则。黑洞的一个中心定律预测,它们的视界——任何东西都无法逃脱的边界——的面积永远不会缩小。这个定律就是霍金的面积定理,以物理学家斯蒂芬·霍金的名字命名,他在1971年推导出了这个定理。

50年后,麻省理工学院和其他地方的物理学家通过对引力波的观测,首次证实了霍金的面积定理。他们的结果于今天(2021年7月1日)公布物理评论快报

在这项研究中,研究人员在2015年仔细观察了GW150914,这是激光干涉引力波天文台(LIGO)探测到的第一个引力波信号。这个信号是两个激发灵感的黑洞产生了一个新黑洞的产物,同时伴随着巨大的能量以引力波的形式在时空中波动。

如果霍金的面积定理成立,那么新黑洞的视界面积不应小于其母黑洞的总视界面积。在新的研究中,物理学家们重新分析了GW150914在宇宙碰撞前后的信号,发现总视界面积在合并后确实没有减少——他们报告的结果有95%的可信度。

两个黑洞的碰撞gw150914

麻省理工学院和其他地方的物理学家首次利用引力波观测证实了霍金的黑洞面积定理。计算机模拟显示了两个产生引力波信号GW150914的黑洞的碰撞。图片来源:模拟极限时空(SXS)项目。资料来源:LIGO提供

他们的发现标志着霍金面积定理的首次直接观测证实,该定理在数学上得到了证明,但迄今为止从未在自然界中观测到。该团队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,或者是新的定律弯曲物理学的标志。

”可能有一个动物园的紧凑的对象,尽管他们中的一些人是遵循爱因斯坦和霍金的黑洞法律,别人可能稍微不同的野兽,”第一作者Maximiliano情报局说,NASA的爱因斯坦在麻省理工学院博士后Kavli天体物理学和空间研究所。“所以,并不是说你做了一次测试就结束了。你做了一次,这就是开始。”

Isi在这篇论文上的共同作者是:Stony Brook大学的Will Farr和Flatiron研究所的计算天体物理中心,康奈尔大学的Matthew Giesler,加州理工学院的Mark Scheel,以及康奈尔大学和加州理工学院的Saul Teukolsky。

洞察力的时代

1971年,斯蒂芬·霍金提出了面积定理,引发了关于黑洞力学的一系列基本见解。该定理预测,黑洞事件视界的总面积——以及宇宙中所有黑洞的总面积——永远不会减少。这种说法与热力学第二定律有着奇特的相似之处。热力学第二定律指出,一个物体的熵(即无序程度)也不应减少。

这两种理论之间的相似性表明,黑洞可以表现为热辐射物体——这是一个令人困惑的命题,因为黑洞的本质被认为永远不会让能量逃逸或辐射。霍金最终在1974年将这两个观点进行了平方,表明如果考虑到它们的量子效应,黑洞可以有熵并在很长的时间尺度上发出辐射。这种现象被称为“霍金辐射”,至今仍是关于黑洞最基本的发现之一。

“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,”Isi说。“该地区法概括了上世纪70年代的一个黄金时代,当时产生了所有这些见解。”

自那以后,霍金和其他人已经证明了面积定理在数学上是可行的,但在LIGO的发现之前,一直没有办法将其与自然界进行对比首次探测到引力波

霍金,在听证会上,迅速联系了CALTECH的FEYNMAN理论物理学教授的Ligo联合创始人Kip Thorne。他的问题:检测可以确认区域定理吗?

当时,研究人员没有能力在合并之前和之后挑选信号内的必要信息,以确定最终地平线是否没有减少,因为霍金的定理假设。直到几年后,它直到几年后,ISI和他的同事的技术发展,在测试地区法律时变得可行。

之前和之后

2019年,Isi和他的同事开发了一种技术提取的影响紧随GW150914的峰值——即两个母黑洞相撞形成新黑洞的时刻。该研究小组利用该技术挑选出了特定的频率,或者说是嘈杂的余波的音调,他们可以用这些频率来计算最终黑洞的质量和旋转。

黑洞的质量和自旋与其视界的面积直接相关,索恩想起了霍金的疑问,接着又问了他们一个问题:他们能否使用同样的技术来比较合并前后的信号,并证实面积定理?

研究人员承担了挑战,并再次将GW150914信号分开。它们开发了一种模型,用于分析峰前的信号,对应于两个励志的黑洞,并在合并之前识别黑洞的质量和旋转。从这些估计,他们计算了他们的地平线区域 - 大约等于约235,000平方公里的估计,或大约是马萨诸塞州地区的大约9次。

然后,他们利用之前的技术提取了“ringdown”,即新形成黑洞的反射,并由此计算出它的质量和旋转,最终他们发现它的视界面积相当于36.7万平方公里(大约是海湾州面积的13倍)。

Isi说:“数据以压倒性的信心显示,合并后地平线面积增加了,而且面积法对非常高的可能性感到满意。”“令人欣慰的是,我们的结果与我们预期的范式一致,并证实了我们对这些复杂的黑洞合并的理解。”

该团队计划进一步测试霍金的面积定理,以及其他长期存在的黑洞力学理论,使用来自LIGO和Virgo的数据。

Isi说:“令人鼓舞的是,我们可以以新的、创造性的方式来思考引力波数据,并解决我们以前认为不能解决的问题。”“我们可以不断梳理出一些信息,这些信息直接反映了我们认为自己理解的支柱。”总有一天,这些数据可能会揭示一些我们没有预料到的事情。”

参考文献:《用GW150914测试黑洞面积定律》,作者:Maximiliano Isi, Will M. Farr, Matthew Giesler, Mark A. Scheel和Saul A. Teukolsky, 2021年7月1日,物理评论快报
DOI: 10.1103 / PhysRevLett.127.011103

这项研究部分得到了NASA、西蒙斯基金会和国家科学基金会的支持。

12个评论在“首次抱怨的黑洞定理首次确认”

  1. 这和霍金的辐射怎么可能同时成立呢?他们不是互相矛盾吗?一个为真,另一个为假。

  2. 或者,如果两者都是正确的,那么任何黑洞都不会辐射出存在(这是人们普遍认为的,如果霍金的辐射真的发生了,只要有足够的时间)。它们可能只向一个点辐射,而不会向更远的地方辐射。

  3. 事实上,如果这个定理成立,霍金辐射就必须一直保持黑洞的收缩(这还不完全清楚为什么,当每一对出现的黑洞都可以被随机保留或捕获,以等量的质量增益抵消质量损失)。因此,如果我理解正确的话,黑洞永远不会消失,永远不会。一旦周围所有的物质都被吸走了,没有什么东西会掉进去,霍金辐射就会不断地在黑洞内外增加或减少质量,而黑洞不会失去任何质量。如果黑洞失去了任何质量,那么它就违背了霍金定理,因为视界必然会因此收缩。我错过了什么?的帮助!

  4. Hawking辐射的问题是,对于每种量子粒子 - 抗粒子对,从量子嘶嘶声出来(如我喜欢称之为),将有一些(不是全部)的情况,其中一个粒子被拉入事件范围和其他粒子逃脱。除了近乎仍然在黑洞的活动范围之外,除了近乎漏洞到特定的数学上可定义的条件,不会发生这种情况。此外,还可以考虑到这一点,尽管它仍然可以(并且很可能是)受到某种条件影响的确切预期速率,但它仍然是黑洞的旋转,因为它将完全从字面上拖延它们后面。由于一个人的表面积应该提醒恒定(我猜想叫喊霍克宁辐射实际上会随着时间的推移慢慢地缩小它),这意味着事件范围内的形状会影响一个粒子逃逸的机会。由于旋转引起的扰动较少的平等地平线会产生更高的蒸发速度。另外,较小的黑洞更快地蒸发,随着事件地平线附近的更多这些可能的方向,因为空间的凸曲率更加明显。一旦达到阈值并且事件视界不再能够维持自己,所产生的材料爆炸就会如此暴力,如果一个人在一个微观的实验室在地球上制作了微小黑洞,它将不仅歼灭了地球任何可识别的形式,但它很可能也炸毁月球。所以,即使他们可以,也没有人会尝试在地球附近的任何地方。

    宇宙中有很多很多的法则,它们都相互干扰,因为它们都在同一时间发生。这就是为什么科学具有挑战性的主要原因。

  5. 像普遍的扩张一样,这是无法验证的,无意义的小熊* t。

  6. 哈哈,1971年仅仅是50年前。“观测到的”事件离我们有多少光年远?一万多年后再来看看我们的概念。这些都是假设,类似于看140年前的一张锡箔照片,从地球到冥王星的距离…瞬间改变!一个“诊断”一个“明显的”皮肤状况出现在(似乎是)女性受试者的左耳垂上……科学的终极自负,是在一个未经证实的宇宙中。同样的科学以牺牲“谨慎”为代价来追逐“BUCK”,这也是科学本身的本质。也许,如果《科学》能尽职尽责地制止对其洞察力的滥用,我可能会尊重它,但……这不是你的工作,也不是你的问题。你存在于一个道德和伦理的“黑洞”中,一个合理化的空虚,就像众所周知的旋风一样“旋转”……世界将承受飓风。
    即:
    正如上面其他人所观察到的,霍金的理论是自相矛盾的,在他们的“逻辑”中INTRORSE:基于假设的理论,基于“规定的”数学。不稳固的基础:全面的见解,中世纪的字符为排除。换句话说,正统。你可以保密。当你有什么相关的事情要说的时候再来找我,比如,修复地球的可悲状态。

    我现在不是,也不是我曾经是一个淫荡。回到剑......

    哦,对了……几年前,那些“从”CERN设施的安全壳里“掉下来”的“微观”黑洞后来怎么样了?并不是说这有什么不对。这只是亚历克斯又一个糟糕透顶的日子……

    • 天啊,亚历克斯,你说得太对了。你卓越的才智在你出色的写作中闪耀,你让我相信科学是骗人的,我们应该完全放弃它,跟着你,希望你能偶尔说出一些改变人生的智慧之珠。下一步是什么,无畏的领袖?现在我们已经摆脱了那些愚蠢的科学闹剧,我们要去哪里?

  7. 这是一个共同的经验事实,当任何两个物体混合在一起时,形成的第三个物体比前两个单独的物体和单独的物体要大。ĺs对于超大质量黑洞有任何定律存在addìtion。或者doès爱因斯坦的理论适用于我们的银河系之外。因此,这些仅仅是eýe推测,没有特别的计算,任何人都可以推动。

  8. BibhutibhusanPatelq|2021年7月2日早上6:12|回复

    这是一个共同的经验事实,当任何两个物体混合在一起时,形成的第三个物体比前两个单独的物体和单独的物体要大。ĺs对于超大质量黑洞有任何定律存在addìtion。或者doès爱因斯坦的理论适用于我们的银河系之外。因此,这些仅仅是eýe推测,没有特别的计算,任何人都可以推动。每个星系都是相对于其他星系旋转的,除了远离另一个星系之外,这是nòt常量和均匀的。因此,适用于我们银河系参考系的定律dò不适用于其他星系。但在少数情况下,可能会计算出近似的结果

  9. 很好,但我想知道怎么才能让它舒适

  10. 回复Bibhu…如果你把两个相同大小的球合并成一个更大的球,得到的球的面积比两个初始球的面积之和要小得多。因此,合并黑洞的情况是不同的,并不是微不足道的。

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