引力波天文學剛剛送了我們另一份驚人的禮物：首次經觀測證實霍金關於黑洞的一個預言。
分析2015年首次檢測到引力波數據，即GW150914，證實了霍金的黑洞面積定理。它指出，在經典物理學下，黑洞事件視界的面積只能變大，而不能變小。
這項工作為我們提供了一個新的工具來探測這些神秘的物體，並擴寬我們對宇宙理解力的邊界。
麻省理工學院卡夫里天體物理學和空間研究所的天體物理學家馬克西米利亞諾·伊西說："有可能存在千奇百怪的天體怪獸，雖然其中一些遵循愛因斯坦和霍金的定律，但其他可能是稍微不同的黑洞。所以，這並不是說觀測到一次就能結束。它就是一個開始。"
霍金第一次提出面積定律是在1971年。它預言，黑洞事件視界的表面積不應該減少，而只能增加。
事件視界不是黑洞本身，而是真空中光速也不足以逃離黑洞奇點產生的引力場的那個臨界表面。它的面積與黑洞質量成正比；由於黑洞只能獲得質量，根據廣義相對論，事件視界應該只能增長。
這種只增加的模型也與另一理論，即熱力學第二定律奇怪地相似。它指出，熵——宇宙中從有序到無序的過程——只能增加。黑洞也有熵，它們與事件視界表面積成正比)。)
從數學上看，面積定理是正確的，但卻很難經觀測證實；主要是因為黑洞極難直接觀測，因為它們不會發出可探測的輻射。但是後來，我們檢測到了兩個神秘物體之間的碰撞所產生的時空漣漪。
這就是GW150914，LIGO干涉儀所記錄的短暫的波動改變了一切。這是第一次直接探測到——不是一個，而是兩個黑洞。它們合併形成了更大的黑洞。
這個黑洞隨後發出微弱的嘆息，就像被敲響的鐘。在2019年，伊西和同事研究出了如何探測鐘聲。現在，他們已經解碼，藉此計算出合體黑洞的質量和自旋。
他們還對合併信號進行了新的分析，計算出合併前兩個黑洞的質量和自旋。由於質量和自旋與事件視界的面積有關，這使他們能夠計算出所有三個物體的事件視界。
如果事件視界可以縮小，那麼最終黑洞的事件視界應該比兩個黑洞的事件視界之和小。根據計算，兩個黑洞的事件視界總面積為23.5萬平方公里。最終黑洞的面積為36.7萬平方公里。
"數據壓倒性地表明，合併後的視界面積增加了，而且面積定律以非常高的概率得到了滿足。"伊西說，"令人欣慰的是，我們的結果確實與我們期望一致，而且確實證實了我們的黑洞合併理論。"
至少在短期內是這樣。在量子力學體系下——它與經典物理學的關係並不融洽——霍金後來預測，在很長的時間尺度內，黑洞應該以一種我們現在稱之為霍金輻射的黑體輻射的形式損失質量。因此，黑洞的事件視界的面積最終仍有可能減少。
這顯然需要未來的研究。同時，伊西團隊的工作為我們提供了一個新的工具集，用於探測其他引力波觀測，希望能夠獲得對黑洞和宇宙物理的更多見解。
"令人鼓舞的是，我們可以用新的、創造性的方式來思考引力波數據，並解答我們以前認為不能解答的問題。"
這項研究已經發表在《物理評論快報》上。
