Недавно была подтверждены теоремы о чёрных дырах, которую впервые сформулировал Стивен Хокинг. В честь него она и была названа. Но о чём вообще идёт речь в этой теореме? И как её смогли подтвердить? Давайте же разберёмся с этим вместе.
Теорема Хокинга
Один из основных законов о чёрных дырах, который сформулировал в 1971 году Стивен Хокинг, предполагает, что площадь их горизонтов событий, где вторая космическая скорость превышает скорость света, никогда не должна уменьшаться.
В начале 1970-х годов началось развитие нового раздела физики — термодинамики чёрных дыр. В статье «Четыре законы механики чёрных дыр», в создании которой принимали участие Джеймс Бардин, Брэндон Картер и Стивен Хокинг, были сформулированы и обоснованы четыре основные свойства чёрных дыр.
Нулевой закон показывает, что поверхностная гравитация (ускорение свободного падения) на горизонте событий чёрной дыры является постоянной.
Первый закон устанавливает связь между изменениями массы, площади горизонта событий, углового момента и заряда чёрной дыры при воздействии на неё.
Второй закон и является теоремой Хокинга, которая утверждает, что площадь горизонта событий не может уменьшаться.
И третий, последний закон, утверждает, что не существует способа, которым можно было бы уменьшить поверхностную гравитацию на горизонте событий до нуля.
Четыре закона о чёрных дырах являются аналогами законов термодинамики. То есть температура соответствует поверхностной гравитации у горизонта событий, энергии — массе чёрной дыры, а энтропия — площади горизонта событий.
Как подтвердили теорему Хокинга?
Теорему Хокинга математически доказать достаточно легко, но проверить её на практике в разы тяжелее из-за чего она 50 лет оставалась неподтверждённой.
Недавно физики из Массачусетского технологического института и других заведений впервые подтвердили теорему Хокинга о площади горизонта событий, используя наблюдения за гравитационными волнами. Их результаты были опубликованы недавно в журнале Physical Review Letters. В этой работе были рассмотрены также первый гравитационно волновой сигнал — GW150914. Этот сигнал был обнаружен в 2015 году лазерной интерферометрической обсерваторией гравитационных волн (LIGO). Оказывается, что этот сигнал был образован слиянием двух чёрных дыр.
По теореме Хокинга при слиянии чёрных дыр площадь горизонта событий образованной чёрной дыры не должна быть меньше суммы площадей горизонтов событий её родительских чёрных дыр.
В недавнем исследовании физики проанализировали сигнал от GW150914 до и после слияния и обнаружили, что суммарная площадь горизонта событий двух чёрных дыр составляла 235 тысяч квадратных километров, а в новообразованной чёрной дыры площадь горизонта событий составляла 367 тысяч квадратных километров с достоверностью 95%, то есть вероятность ошибки составляет всего 5%. Это наглядно подтверждает теорему Хокинга.
Автор: Алексей Нимчук. Редакция: Фёдор Карасенко.
Ставьте палец вверх, чтобы видеть в своей ленте больше статей о космосе и науке!
Подписывайтесь на мой канал здесь, а также на мои каналы в телеграме и на youtube. Там вы можете почитать большое количество интересных материалов, а также задать свой вопрос. Поддержать наш канал материально можно через patreon.