引力波再次立功，霍金的黑洞面积定理得到了证实

黑洞具有表面积，一般来说，如果黑洞不旋转，也就是史瓦西黑洞，那么事件视界的表面积就是黑洞面积；如果是旋转黑洞，也就是克尔黑洞，那么它的外视界表面积就定义为黑洞面积。1971年，霍金在宇宙监督假设和强能量条件下证明了黑洞面积定理：黑洞的表面积在顺时方向不会减少。

根据黑洞面积定理，我们可以知道，当两个黑洞合并的时候，合并后的面积大于合并前各黑洞面积之和。但是，一个大黑洞不能自发地分裂成两个小黑洞，否则它将违反面积定理。

我们以两个史瓦西黑洞为例，假设它们的质量分别为M1和M2，于是它们的面积分别为A1=16πM1，A2=16πM2。当这两个黑洞合并之后，它的质量变为M=M1 M2，面积为A=16πM=A1 A2 32πM1M2。从这个数学计算我们可以看出，合并后的面积确实大于合并前各面积之和。

热力学第二定律告诉我们，孤立系统的熵总是不断增加的。但是，在遇到黑洞之后，熵增原理好像就失效了。著名物理学家贝肯斯坦在看到霍金的黑洞面积定理之后，发现黑洞的表面积和熵非常相似，他认为面积定理就是熵增原理在黑洞的具体表现形式。物体落入黑洞，看似熵消失了，但其实熵是以黑洞表面积的形式增加了，这就不违反熵增原理了。

但是，霍金最初并不同意他的看法。如果面积定理是热力学第二定律的体现，那么就说明黑洞具有热性质，它应该能发出辐射。但是，黑洞连光都逃脱不了，又怎么能发出辐射呢？

后来，在接触到一些量子效应之后，霍金认真考虑了本肯斯坦的想法，这也促成了后来的霍金辐射。宇宙中可能会“凭空”出现一对粒子，它们很快出现又很快相互湮灭而消失，这被称为量子涨落。但是，如果这对粒子出现在黑洞事件视界的附近，其中一个粒子掉入黑洞，另一个粒子就能自由逃亡宇宙空间了，这些逃离黑洞的粒子就是霍金辐射。

黑洞面积定理在数学上已经证明过了，但是却还没得到过实验的验证。这是因为，在引力波发现之前，我们不能探测到两个黑洞的合并。但是，现在引力波探测器已经成为了天文学的一大工具，它已经发现了大量的黑洞合并信号了。通过引力波信号，科学家可以知道合并前各黑洞的质量和合并后大黑洞的总质量。

麻省理工学院的天体物理学家团队分析了2015年首次发现的引力波信号，并计算了黑洞的表面积。结果表明，合并后的黑洞面积大于合并前各黑洞的面积之和，该实验的置信水平为95%。这就表明，霍金又再一次正确了，黑洞面积定理得到了实验的验证。

霍金辐射虽然会减少黑洞的面积，但是它基本上是微乎其微的。由霍金辐射导致的黑洞面积减少需要宇宙尺度的时间才能观察到，因此霍金辐射并不会影响本次的实验结果。

早在之前就有科学家说过，黑洞和引力波是广义相对论的结果，它们也得到了证实。而面积定理也是由广义相对论发展而来，因此面积定理得到证实是一个必然的事件。