摘要：激光干涉引力波天文台（LIGO）刚刚交出了一份令人震撼的十周年答卷。在引力波探测技术发展十年后，这个多国合作项目以前所未有的精度捕获了黑洞合并产生的引力波信号，不仅以99.999%的置信度验证了斯蒂芬·霍金的著名黑洞面积定理，同时还确认了罗伊·克尔在1963年

信息来源：https://gizmodo.com/ligos-sharpest-detection-yet-confirms-famous-stephen-hawking-theory-2000656839

激光干涉引力波天文台（LIGO）刚刚交出了一份令人震撼的十周年答卷。在引力波探测技术发展十年后，这个多国合作项目以前所未有的精度捕获了黑洞合并产生的引力波信号，不仅以99.999%的置信度验证了斯蒂芬·霍金的著名黑洞面积定理，同时还确认了罗伊·克尔在1963年提出的黑洞描述理论。这一发表在《物理评论快报》上的重大发现，标志着人类对宇宙最神秘天体的理解达到了新的高度。

从95%到99.999%的科学飞跃

一位艺术家对双黑洞合并的描绘。图片来源：Maggie Chiang for Simons Foundation

编号为GW250114的引力波信号代表了LIGO历史上最清晰、最精确的黑洞合并探测记录。与十年前首次探测到的引力波信号GW150914相比，这次的观测数据质量有了质的飞跃。2021年，物理学家曾利用2015年的信号对霍金面积定理进行检验，当时得出的置信度为95%。而最新的GW250114信号将这一置信度提升至惊人的99.999%，这在现代科学标准中几乎等同于"绝对确定"。

霍金面积定理，由斯蒂芬·霍金和雅各布·伯恩斯坦在1971年提出，预言即使黑洞在合并过程中会损失大量质量并加速旋转，最终产生的黑洞表面积仍会大于两个原始黑洞表面积之和。在GW250114事件中，两个初始黑洞的总表面积约为240,000平方公里，而合并后形成的新黑洞表面积达到400,000平方公里，完美验证了这一理论预测。

英国卡迪夫大学物理学家、LIGO发言人史蒂夫·费尔赫斯特对这一成就的意义深有感触："十年前，我们无法确定黑洞是否会在我们的宇宙中发生碰撞。现在我们每周都会观察到几次黑洞合并。"这种观测频率的大幅提升，不仅体现了技术进步，更为系统性研究黑洞物理学奠定了基础。

黑洞的"音乐"：技术革新带来的突破

该图显示了 LIGO 记录的引力波信号相隔近十年。顶部显示了 2015 年捕获的 GW150914 数据。底部显示了 2025 年捕获的称为 GW250114 的信号。这两项事件都涉及大约 13 亿光年外的黑洞碰撞，其质量是太阳的 30 到 40 倍。图片来源：LIGO/J. Tissino （GSSI）/R. Hurt （Caltech-IPAC）

此次突破性发现的关键在于一个名为"音乐"（Music）的软件工具，由包括英国伯明翰大学天体物理学家格雷戈里奥·卡鲁洛在内的LIGO团队成员开发。这个工具使科学家能够以前所未有的精度"聆听"黑洞合并过程，其灵敏度比十年前提高了四倍。

卡鲁洛在解释这项技术时表示："黑洞是黑色的，所以很难'观察'它们。引力波实验提供了一种巧妙的解决方案，因为从技术上讲，由重力控制的一切都会产生引力波。"他进一步阐释了黑洞的独特性质："当黑洞碰撞时，它们会发出这些黑洞特有的特征声音。如果我们能听到这些声音或音符，仅取决于质量和旋转，你就可以提取黑洞的质量和自旋。"

这种"音乐"隐喻并非仅仅是形象比喻。引力波确实携带着关于产生它们的天体的详细信息，就像不同乐器发出的声音具有独特的频率特征一样。通过分析GW250114信号，研究团队确定最终形成的黑洞质量约为太阳质量的63倍，自转速度达到每秒100转。

验证克尔定理的科学价值

除了霍金面积定理，此次观测还验证了罗伊·克尔在1963年提出的另一个重要理论：描述黑洞的引力扰动只需要两个参数——质量和自旋。这一被称为"无毛定理"的概念表明，黑洞是宇宙中最简单的天体之一，尽管它们看起来神秘莫测。

匹兹堡大学理论物理学家亚瑟·科索夫斯基虽未参与这项研究，但他对结果给予了高度评价："这是一个美丽的、具有里程碑意义的结果，既证实了旋转黑洞的基本性质，也是对强场广义相对论的非凡测试。"

这种验证的意义远超学术价值。在极端引力场环境下验证爱因斯坦广义相对论，为我们理解宇宙基本规律提供了最严苛的检验。黑洞合并过程中产生的引力场强度是地球表面的数万亿倍，在这种极端条件下，即使广义相对论的微小偏差也会被放大并显现出来。

引力波天文学的十年演进

该图表绘制了自 LIGO 于 2015 年首次探测到一对碰撞黑洞发出的引力波以来，LIGO-Virgo-KAGRA （LVK） 网络所取得的发现。图片来源：LIGO/Caltech/MIT/R. Hurt （IPAC）

从2015年首次探测到引力波至今，LIGO-VIRGO-KAGRA合作项目已经捕获了近300个引力波候选事件。这一数量的累积为科学家提供了前所未有的机会，让他们能够对宇宙中的黑洞进行系统性"人口普查"。

费尔赫斯特指出，现在科学家们每周都能观测到数次黑洞合并事件，这种观测频率在十年前是无法想象的。随着探测器灵敏度的不断提升和数据分析技术的改进，引力波天文学正在成为理解宇宙结构和演化的重要工具。

这些观测不仅帮助科学家验证理论预测，还揭示了许多意想不到的现象。例如，科学家发现黑洞的质量分布比之前预期的更加多样化，一些黑洞合并事件涉及质量差异巨大的黑洞，挑战了传统的恒星演化理论。

引力波探测的成功还为未来的太空引力波探测器奠定了基础。欧洲空间局计划在2030年代发射的激光干涉太空天线（LISA）将能够探测到更低频率的引力波，进一步扩展人类对宇宙的认知边界。

卡鲁洛总结了黑洞研究的深刻意义："人们认为黑洞是可怕的东西，但实际上，这是你能想象到的最简单的事情。"这种简洁性正是物理学之美的体现——在复杂现象背后往往隐藏着简单而优雅的基本规律。LIGO的最新发现不仅验证了这些规律的正确性，更为人类继续探索宇宙奥秘提供了强有力的工具和信心。

来源：人工智能学家