然而僅僅三年後的1974年,霍金又提出了著名的霍金輻射。霍金輻射表明,黑洞並非隻能一味地從宇宙中索取能量與物質,它也會因為事件視界上的量子漲落向外輻射能量。時間足夠的話,霍金輻射甚至可能會導致黑洞蒸發直至消失,事件視界也會隨之消失。霍金輻射的提出表明,黑洞麵積定律在嚴格意義上是不成立的,這直接導致了廣義熱力學第二定律(generalized secondw of thermodynamics)的產生。在這個定律中,黑洞外的熵和黑洞的熵會被統一考慮。


    不過好在,對於大多數由恆星演化而來的黑洞而言,霍金輻射對黑洞造成的影響可以忽略不計。僅僅一個太陽質量的黑洞就需要1064年才能完全蒸發,這比宇宙的年齡大了54個量級,質量更大的黑洞則需要更長時間才能完全蒸發。所以,我們在研究驗證這些理論時,可以直接以黑洞麵積定律為準。


    在遠超當前宇宙年齡的時間尺度上,由恆星演化而來的黑洞是可以完全蒸發掉的物理學是一門建立在實驗上的學科,一個物理理論無論在數學上多麽完備自洽、在形式上多麽引人入勝,隻要與實驗結果相悖,就不能被稱為正確的理論。單個黑洞不會產生能被探測到的麵積改變,無法用於驗證這一定律。但通過引力波檢測兩個黑洞合並,就有希望對這一定律進行直接的檢驗。


    2015年,激光幹涉引力波觀測台(ligo)首次發現了引力波,第一個被檢測到的引力波事件名為gw。它是由一個26倍太陽質量和29倍太陽質量的黑洞合並產生的,合並形成的黑洞質量為太陽質量的62倍。霍金在得知消息後,馬上聯係了他的摯友,ligo聯合創始人,物理學家基普·索恩(kip thorne)。霍金的問題是:“此次檢測能驗證黑洞麵積定律嗎?”


    但命運最終還是給霍金開了一個玩笑。驗證黑洞麵積定律的關鍵在於獲取黑洞表麵積,而當時研究人員並沒有能力從黑洞合並前後的引力波信號中計算出黑洞表麵積,也就無法驗證合並後事件視界的麵積是否符合黑洞麵積定律的預測。


    2019年,馬克西米利亞諾·伊西(maximiliano isi)的團隊開發出一種技術,可以提取緊跟在gw峰值後的引力波迴響(reverberation),他們可以以此來計算合並後黑洞的質量和自旋。而黑洞的質量和自旋直接與其表麵積相關。這時,已經成為諾獎得主的索恩迴想起霍金的問題,他向伊西的團隊提了一個問題:“能否用同樣的技術,對比合並前後的信號,從而驗證黑洞麵積定律?”


    他們接受了這個挑戰。


    從波形到麵積


    後來,伊西的團隊終於成功了。相關論文於7月1日發表在《物理評論快報》上,文章的第一個引用,就是霍金1971年提出黑洞麵積定律的那篇論文。


    他們將gw的信號從峰值處一分為二。前半部分為信號的旋進相(inspiral portion),後半部分為合並相(ringdown portion)。他們針對旋進相開發了一個模型,可以計算兩個即將合並黑洞的自旋和質量。根據這些結論,他們能計算出兩個黑洞合並前兩個黑洞事件視界的總麵積——大約為23.5萬平方千米。


    然後,他們利用之前的技術分析了黑洞合並相(ringdown portion),得到了合並後黑洞的質量和自旋,並由此計算了黑洞事件視界的表麵積——大約為36.7萬平方千米。


    引力波波形(紅線)峰值前為旋進(inspiral)相,峰值後為合並(ringdown)相(圖片來源:phys. rev. lett. 116, 0)


    最終,他們針對gw的分析結果顯示,霍金的黑洞麵積定律至少有95%的概率是正確的。伊西表示:“數據以壓倒性的優勢證明事件視界的麵積在合並後增加了,這證明黑洞麵積定律有很大的可能性是正確的。”


    研究團隊計劃使用ligo和室女座引力波探測器(virgo)的數據,進一步驗證霍金的黑洞麵積定律,以及其他由來已久的黑洞理論


    驗證成功之後,人類研究的腳步越來越遠,霍金甚至推導出時間論,但隨著它的生命結束,成了一個懸而未決的問題。


    雲霄侃侃而談,黑洞理論給人類打開一扇生存的大門,大門的打開需要一把鑰匙,現在,你們把這把鑰匙送到我們的手裏,我們一定會用我們的智慧來完成這件事。


    他信心滿滿,柯麗在雲霄的眼中看到了一束照亮遠方的希望之光。


    “人類不需要我們的幫助”卜建宗坐到一邊,一下一下敲著自己的手指。


    雲霄發現新大陸一般,一把抓住卜建宗的手:“你上麵的人類指紋,是做上去的嗎?”


    卜建宗一直從事醫學工作,據說,他們為了掩人耳目,戴著一雙人皮手套。


    在雲霄的認知裏,外星人無所不能,尤其是卜建宗掩藏身份,做出的那些驚世駭俗事情之後。


    卜建宗縮迴他的手,他很討厭有人發現他的這個秘密。


    “不!他手上的指紋是到了地球長出來的!”卜建影毫不留情,直接揭示真相,卜建宗狠狠地瞪了卜建影一眼。


    得到這個信息,雲霄一下子來了興趣:“卜醫生請把你的手按在這個上麵!”


    “為什麽我要聽你們人類的指揮,不要以為,我長出了指紋,我就成了你們人類”卜建宗怒不可遏,他現在恨不得鋸掉這雙手,他感覺長出指紋的人類的手,是他的恥辱。


    “我研究過這個太空儲錦,存儲的人類指紋總有一個地方連接不上,好像差了一點什麽,我想用你的指紋是試試”雲霄很執著。


    “我要你按下”卜建影發出命令,她的眼睛中射出一道不可抗拒的光芒。


    卜建宗憤然起身,將食指按在那個雲霄指定的地方,就在一刹那,屏幕亮了,3d立體畫麵再次呈現在他們的眼前,一個兩個,無數的指紋星圖疊加起來,形成一個立體的星空,無限變大,無限變大……


    望向外邊,他們的太空飛行器不知什麽時候,脫離大海,置身在蒼穹之中,星球轉動,星光閃爍,大家興奮不已,雲霄大喊一聲:“帶上人類出發!”

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