引力波信号验证霍金黑洞面积定理

一个国际科研团队在10日出版的《物理评论快报》杂志上发表论文称，他们借助美国激光干涉仪引力波天文台（LIGO）探测到双黑洞剧烈碰撞产生的引力波信号，以高达99.999%的置信度，验证了斯蒂芬·霍金于1971年提出的黑洞面积定理。这一成果为量子引力理论的研究奠定了重要基础。

黑洞面积定理指出，合并后新生黑洞的事件视界（即连光也无法逃脱的边界）总面积，不小于原先两个黑洞事件视界面积之和。

黑洞合并时会剧烈扭曲时空，产生被称为“时空涟漪”的引力波。2015年，LIGO首次直接探测到双黑洞合并产生的引力波。此后，LIGO与室女座引力波探测器（Virgo）、神冈引力波探测器（KAGRA）联合组成LVK合作组，持续开展观测。

升级后的LIGO探测器灵敏度已达到2015年时的三倍，能够以更高精度捕捉更多黑洞碰撞事件，包括本次研究关注的GW250114。据测算，GW250114源自约13亿光年外、两个质量可能为太阳32倍左右的黑洞的碰撞。合并前后，事件视界总面积分别为24万平方公里和40万平方公里。

LVK团队成员表示，GW250114是迄今探测到的“最响亮”的引力波事件，如同“耳语变呐喊”，使他们有机会清晰验证霍金的预言。

团队成员、英国朴次茅斯大学引力波专家劳拉·努塔尔解释道，黑洞碰撞产生的引力波类似钟声的泛音。以往这些“泛音”消散太快，难以捕捉并用于计算视界面积。2021年曾有研究以95%的置信度支持该定理，而本次结果将置信度大幅提升至99.999%。

研究团队指出，最新发现为构建融合广义相对论与量子力学的量子引力理论铺平了道路。随着LIGO等探测器继续升级以及更多天文台投入运行，人类对黑洞物理的认知将进一步深化。

此外，借助GW250114的数据，科学家也证实了数学家罗伊·克尔于20世纪60年代提出的描述黑洞的方程：即只需质量和自旋两个参数，就可完全确定一个黑洞。具有相同质量和自旋的黑洞，在数学上是完全相同的。如今，这一预言也获得了观测支持。