50年後，MIT等首次證實霍金面積定理，黑洞總視界面積達36.7萬km²

史蒂芬 · 霍金是現代最偉大的物理學家之一，他在科學上有諸多貢獻，包括與英國數學物理學家羅傑 · 彭羅斯共同合作提出在廣義相對論框架內的彭羅斯–霍金奇性定理，以及對關於黑洞會發放輻射的理論性預測。他的著作《時間簡史：從大爆炸到黑洞》更是成為了最暢銷的科普書籍之一。

1971 年，霍金提出了面積定理（area theorem），引發了人們對黑洞力學的一系列基本見解。該定理預言，黑洞視界的總面積不會減小。與熱力學第二定律驚人地相似，該定律指出：熵，或物體內的無序程度，也永遠不應該減少。這一定理也被稱為黑洞物理學第二定律，也是霍金最著名的定理之一。

該定理已經在數學上得到了證明，但從未在自然界觀測證實。

50 年後，來自 MIT、石溪大學、康奈爾大學以及加州理工學院等機構的研究者通過觀測引力波首次證實了霍金的這一定理，其研究成果於今年 5 月被《物理評論快報》接收，並於今日正式發表。

研究者對 GW150914 進行了仔細的觀察，它是由位於美國的雷射干涉引力波天文台（LIGO）於 2015 年 9 月 14 日探測到的引力波現象，是人類首次直接探測到的引力波。這束產生於雙黑洞的引力波信號與廣義相對論中對雙黑洞旋近、併合以及併合後的黑洞會發生衰盪（ringdown）的理論預測相符。

簡言之，這一引力波信號是生成新黑洞的兩個旋近黑洞的產物，伴隨而生的巨大能量以引力波的形式在時空中波動。如果霍金的面積定理成立，則新黑洞的視界面積不應小於母黑洞的視界總面積。

研究者重新分析了宇宙碰撞前後 GW150914 的信號，發現合併（merger）後視界總面積的確沒有減少，他們得出了 95% 的置信度結果。

研究者的發現是首次通過直接觀測證實了霍金的面積定理。此外，研究團隊還計劃測試未來的引力波信號，觀察是否可以通過它們進一步證實霍金定理或者成為新的繞開定理的物理學標誌。

該研究一作、MIT 卡夫利天體物理學和空間研究所的 NASA Einstein 博士後研究員 Maximiliano Isi 表示：「有可能存在很多不同的緻密天體，其中一些是遵循愛因斯坦或霍金定理的黑洞，另一些則略微不同。所以，我們並不是進行這一次觀測就結束了，這僅僅是開始。」