哈嘍，大家好，桿哥這篇評(píng)論，主要來分析宇宙鐵律遭挑戰(zhàn)？?jī)纱蠛诙聪嘧埠竺娣e縮水，量子引力露痕跡

1971 年霍金提出的面積定理，堪稱黑洞物理學(xué)的 "鐵律"—— 黑洞事件視界面積永遠(yuǎn)不會(huì)減少。

但麻省理工學(xué)院的最新研究，卻讓這個(gè)堅(jiān)持了半個(gè)世紀(jì)的理論蒙上疑云。通過分析 LIGO 和 Virgo

探測(cè)器 2020 年 5 月 21 日記錄的引力波信號(hào)，研究人員發(fā)現(xiàn)了反?，F(xiàn)象。

這一發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》上的發(fā)現(xiàn)，可能要徹底改寫我們對(duì)黑洞的認(rèn)知。

反常信號(hào)：142 倍太陽質(zhì)量黑洞面積 "縮水"

這次引發(fā)爭(zhēng)議的是編號(hào) GW190521 的引力波事件，源于兩個(gè)巨型黑洞的碰撞。

其中一個(gè)黑洞質(zhì)量約為太陽的 85 倍，另一個(gè)約 66 倍，合并后形成了 142 倍太陽質(zhì)量的新黑洞。

按照霍金面積定理，新黑洞的事件視界面積應(yīng)大于或等于原先兩者之和，但實(shí)際測(cè)算卻發(fā)現(xiàn)，新黑洞面積比預(yù)期小了大約百分之幾。

這個(gè)看似微小的差異，足以在物理學(xué)界掀起軒然大波。

鐵律的根基與隱憂

霍金面積定理的核心，是廣義相對(duì)論與熱力學(xué)第二定律的巧妙類比。

就像孤立系統(tǒng)的熵不會(huì)減少，黑洞的事件視界面積也只能增加或保持不變。后來霍金進(jìn)一步證實(shí)，黑洞的熵與事件視界面積成正比，這讓定理有了更堅(jiān)實(shí)的理論支撐。

但霍金自己 1974 年的發(fā)現(xiàn)，卻給這個(gè)定理埋下了隱患。他提出的霍金輻射理論指出，黑洞會(huì)緩慢輻射粒子，導(dǎo)致質(zhì)量減少、面積縮小，這直接與面積定理相悖。

關(guān)鍵在于，面積定理基于經(jīng)典廣義相對(duì)論，而霍金輻射是量子效應(yīng)的產(chǎn)物，這意味著兩種理論在某些場(chǎng)景下會(huì)產(chǎn)生沖突。

信號(hào)解讀的爭(zhēng)議焦點(diǎn)

GW190521 事件的特殊之處，在于其涉及的黑洞質(zhì)量極大，引力波信號(hào)極強(qiáng)，為精確測(cè)量提供了絕佳條件。

引力波信號(hào)分為旋進(jìn)、合并、鈴宕三個(gè)階段，其中旋進(jìn)階段信號(hào)最長(zhǎng)也最復(fù)雜，受黑洞自旋、軌道偏心率等多種參數(shù)影響。

研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，采用不同的波形模型和參數(shù)估計(jì)方法，會(huì)得出截然不同的結(jié)果。部分合理模型符合面積定理，另一些則出現(xiàn)面積減少的情況。

盡管此次觀測(cè)的信號(hào)噪聲比不低，但仍無法完全消除參數(shù)估計(jì)的不確定性，這也為爭(zhēng)議留下了討論空間。

量子引力的蛛絲馬跡

研究團(tuán)隊(duì)坦言，目前無法排除統(tǒng)計(jì)波動(dòng)或系統(tǒng)誤差的可能，但這個(gè)百分之幾的差異，已超出簡(jiǎn)單測(cè)量噪聲能解釋的范圍。

如果這一現(xiàn)象屬實(shí)，最可能的解釋就是量子引力效應(yīng)。在黑洞碰撞這種極端環(huán)境下，時(shí)空曲率達(dá)到極限，原本可以忽略的量子效應(yīng)變得不可忽視。

一種可能是合并瞬間，事件視界附近的量子漲落修正了經(jīng)典面積演化規(guī)律；另一種可能是量子效應(yīng)賦予黑洞 "量子毛發(fā)"，影響了其宏觀面積。

未來，升級(jí)后的 LIGO 探測(cè)器和下一代引力波天文臺(tái)，將帶來更精確的數(shù)據(jù)，有望解開這個(gè)宇宙謎題。