引力波再次立功，霍金的黑洞面積定理得到了證實

黑洞具有表面積，一般來說，如果黑洞不旋轉，也就是史瓦西黑洞，那麼事件視界的表面積就是黑洞面積；如果是旋轉黑洞，也就是克爾黑洞，那麼它的外視界表面積就定義爲黑洞面積。1971年，霍金在宇宙監督假設和強能量條件下證明了黑洞面積定理：黑洞的表面積在順時方向不會減少。

根據黑洞面積定理，我們可以知道，當兩個黑洞合併的時候，合併後的面積大於合併前各黑洞面積之和。但是，一個大黑洞不能自發地分裂成兩個小黑洞，否則它將違反面積定理。

我們以兩個史瓦西黑洞爲例，假設它們的質量分別爲M1和M2，於是它們的面積分別爲A1=16πM1，A2=16πM2。當這兩個黑洞合併之後，它的質量變爲M=M1+M2，面積爲A=16πM=A1+A2+32πM1M2。從這個數學計算我們可以看出，合併後的面積確實大於合併前各面積之和。

熱力學第二定律告訴我們，孤立系統的熵總是不斷增加的。但是，在遇到黑洞之後，熵增原理好像就失效了。著名物理學家貝肯斯坦在看到霍金的黑洞面積定理之後，發現黑洞的表面積和熵非常相似，他認爲面積定理就是熵增原理在黑洞的具體表現形式。物體落入黑洞，看似熵消失了，但其實熵是以黑洞表面積的形式增加了，這就不違反熵增原理了。

但是，霍金最初並不同意他的看法。如果面積定理是熱力學第二定律的體現，那麼就說明黑洞具有熱性質，它應該能發出輻射。但是，黑洞連光都逃脫不了，又怎麼能發出輻射呢？

後來，在接觸到一些量子效應之後，霍金認真考慮了本肯斯坦的想法，這也促成了後來的霍金輻射。宇宙中可能會“憑空”出現一對粒子，它們很快出現又很快相互湮滅而消失，這被稱爲量子漲落。但是，如果這對粒子出現在黑洞事件視界的附近，其中一個粒子掉入黑洞，另一個粒子就能自由逃亡宇宙空間了，這些逃離黑洞的粒子就是霍金輻射。

黑洞面積定理在數學上已經證明過了，但是卻還沒得到過實驗的驗證。這是因爲，在引力波發現之前，我們不能探測到兩個黑洞的合併。但是，現在引力波探測器已經成爲了天文學的一大工具，它已經發現了大量的黑洞合併信號了。通過引力波信號，科學家可以知道合併前各黑洞的質量和合並後大黑洞的總質量。

麻省理工學院的天體物理學家團隊分析了2015年首次發現的引力波信號，並計算了黑洞的表面積。結果表明，合併後的黑洞面積大於合併前各黑洞的面積之和，該實驗的置信水平爲95%。這就表明，霍金又再一次正確了，黑洞面積定理得到了實驗的驗證。

霍金輻射雖然會減少黑洞的面積，但是它基本上是微乎其微的。由霍金輻射導致的黑洞面積減少需要宇宙尺度的時間才能觀察到，因此霍金輻射並不會影響本次的實驗結果。

早在之前就有科學家說過，黑洞和引力波是廣義相對論的結果，它們也得到了證實。而面積定理也是由廣義相對論發展而來，因此面積定理得到證實是一個必然的事件。