上帝欠霍金一个诺贝尔奖?他只是输给了死神( 二 )
这些定律还包含一个令人不安的物理学结论 , 称为“无毛”定理 。 事件视界的表面积是衡量黑洞吞噬的所有信息的尺度 。 对于黑洞来说 , 无论它消耗物质还是反物质 , 特斯拉还是大众汽车 , 鸵鸟还是鲸鱼 , 都是一样的 。
黑洞只有三个特性:质量、自旋和电荷 。 没有其他细节 。
这个定理意味着 , 随着黑洞变老 , 其事件视界变大 , 丢失的关于内部内容的信息量也会增加 。 宇宙会变得越来越笨拙 , 隐藏越来越多过去的细节 。 1974年 , 当霍金计算出量子效应会导致黑洞缓慢泄漏和爆炸时 , 这个难题进一步加深 。
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两个黑洞的合并 。 图片来源:SXS/BLACK-HOLES.ORG
这个问题改变了基础物理学 , 并激励了一代年轻的理论物理学家 。 关键在于支配宇宙的爱因斯坦引力和支配微观世界的量子力学是否遵循相同的规则 。
“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 , ”伊西说 。 但由于没有可供实验的黑洞 , 霍金的想法无法得到验证 。
LIGO的出现
LIGO会改变这一点 。 这是加州理工学院的理论物理学家、LIGO创始人之一基普·索恩(KipThorne)于2003年向霍金做出的承诺 。 他表示 , 到2012年霍金70岁时 , Ligo将能够整理出黑洞的特性.
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KipThorne
实际上 , 这个过程花了更长的时间 。 直到2015年9月14日才观察到第一个划时代事件:两个碰撞的黑洞 。 通过将检测到的波型与计算机模拟进行匹配 , Ligo团队得出结论 , 其中一个黑洞的质量是太阳的36倍 , 另一个是太阳质量的29倍 , 两个黑洞总质量共相当于65个太阳 。 这次碰撞产生了一个新的黑洞 , 质量约为62个太阳 。
也就是说 , 三个太阳的能量 , 消失在震撼宇宙的引力波之中 。
此次观测数据不仅证实了引力波的存在 , 而且还提供了黑洞存在的第一个直接证据 。 在正式宣布结果的前几天 , 论文副本被送至霍金手中 。 他惊讶地发现文中没有提到黑洞力学的四定律 , 也没有提到这一发现可能会检验该定律的可能 。 他当即联系了论文的作者索恩 。
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2018年去世的斯蒂芬·霍金(StephenHawking)在近50年前预测了黑洞行为 。 摄影:弗雷德里克·M·布朗/Getty
“他非常惊讶 , ”索恩写信给他的同事 。 没有人想过要检查黑洞力学定律 , 当时在论文中添加任何内容都为时已晚 。 而且 , 正如索恩所说 , 观测数据过于嘈杂 , 无法很好地测量新形成的黑洞的大小 , 以证实霍金的理论 。
2017年 , 当时还是加州理工学院研究生的Giesler和同事利用对碰撞黑洞的数值模拟来更深入地研究黑洞 。 当一个新合并的黑洞形成时 , 它会振动 , 就像鼓一样 , 会产生基音和泛音——泛音或低音 。
Giesler发现 , 在合并过程的早期 , 泛音出人意料地响亮 。 利用这些泛音 , 他和他的同事在2019年证明了“无毛”定理 。
今年夏天 , 他们通过利用新黑洞的泛音来测量其大小 。 据此得出结论 , 正如霍金很久以前所预测的那样 , 新黑洞的事件视界的面积已经增加 。
霍金的诺奖之梦
如果霍金还活着 , 这会为他赢得诺贝尔奖吗?「我不喜欢推测 , 」索恩说 , 他在2017年因参与开发LIGO而分享了诺贝尔物理学奖 。
哈佛大学的安德鲁·斯特罗明格是霍金的长期合作者 , 他说:「我不知道诺贝尔委员会的审议情况 , 但如果霍金还活着 , 他可能已经被列入提名范围 。 当然 , 最近的这些实验结果会使他的提名更稳固 。 」
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