Господин Хокинг утешился бы новостью о том, что анализ гравитационных волн доказал его теорему.
В 1971 году британский физик Стивен Хокинг, используя общую теорию относительности Эйнштейна, разработал собственную теорему. Ее суть заключается в том, что черная дыра (точнее площадь ее поверхности) не может уменьшаться с течением времени.
Эта теория параллельна второму закону термодинамики, в котором говорится об энтропии замкнутой системы, которая тоже не может уменьшаться с течением времени. Поскольку энтропия черной дыры пропорциональна площади ее поверхности, обе величины должны увеличиваться.
По мере того как черная дыра поглощает все больше материи, ее масса и площадь поверхности растут. С другой стороны, с ростом она и вращается быстрее, что фактически уменьшает площадь ее поверхности. Теорема Хокинга утверждает, что увеличение площади в результате увеличения массы всегда будет больше, чем уменьшение площади в результате увеличения вращения.
Подтверждение этого тезиса недавно опубликовали в журнале Physical Review Letters, в статье, которая исследует площадь черных дыр и энтропию, которая тесно с ней связана.
Вывод исследователей базируется на основе данных о гравитационных волнах, их считали 2015 года благодаря обсерватории LIGO Массачусетского института технологий.
Гравитационные волны?
Гравитационные волны — это "рябь" пространства-времени, которые предусмотрел Эйнштейн еще в 1916 году. Они возникают в результате бурных космических процессов, в частности от вращения массивных объектов типа нейтронных звезд или черных дыр. Словно камешек, брошенный в стоящую воду, они вызывают «волновые изменения» в пространстве-времени, распространяющиеся во всех направлениях.
По словам команды LIGO, эти космические волны распространяются со скоростью света, и содержат информацию о происхождении и природе понятия гравитации. Обнаруженные LIGO волны образовались 1,3 миллиарда лет назад двумя гигантскими черными дырами, которые быстро вращались навстречу друг другу.
Сигнал этой космической польки исследователи разделили на две части — до и после слияния черных дыр. Это позволило выяснить массу и вращение начальных черных дыр и параметров того, что образовалось в результате слияния. Благодаря этим данным ученые рассчитали площади поверхности черных дыр до и после слияния.
К счастью, образовавшаяся черная дыра находится в «возбужденном» состоянии — ее можно изучать, анализируя ее колебания. Это несколько похоже на исследование структуры колокола по конкретным тонам и протяженности звуков.
После нескольких раундов математических вычислений ученые подтвердили, что поверхность новой черной дыры была больше суммы двух исходных черных дыр. Это прямо соответствует закону площади Хокинга, который еще в начале статьи был теоремой.