50 лет загадок развеяны: чёрные дыры подтвердили правило, работающее даже за горизонтом событий

Гравитационно-волновая астрономия позволила проверить одно из ключевых предсказаний Стивена Хокинга, сделанное ещё в 1971 году. Международная коллаборация LIGO-Virgo-KAGRA (LVK) подтвердила его теорему о площади чёрной дыры: после слияния горизонт событий результирующей чёрной дыры всегда увеличивается.

Теорема Хокинга и её физический смысл

Хокинг показал, что горизонты событий чёрных дыр ведут себя так же, как энтропия в термодинамике — они никогда не уменьшаются. Это фундаментальное утверждение связывает квантовую физику, гравитацию и второе начало термодинамики.

Слияние чёрных дыр порождает гравитационные волны — рябь на ткани пространства-времени, которая распространяется со скоростью света. Эти волны настолько малы (в 10 000 раз меньше атомного ядра), что их удалось зафиксировать только благодаря сверхчувствительным лазерным интерферометрам.

Новое событие GW250114

В январе 2025 года обсерватория LIGO зафиксировала волну GW250114 — столкновение двух чёрных дыр, масса которых в 30-40 раз превышала солнечную. Расстояние до источника составило около 1,3 млрд световых лет.

Благодаря модернизации детекторов чувствительность LIGO выросла втрое по сравнению с 2015 годом, и сигнал удалось зарегистрировать с беспрецедентной точностью.

"Мы можем начать исследовать фундаментальную физику происходящего, просто потому, что эти события такие громкие, а неопределенности такие маленькие", — сказала астроном Лора Наттолл из Портсмутского университета.

Проверка теоремы Хокинга

Ранее, в 2021 году, аналогичные расчёты давали вероятность правильности теоремы Хокинга на уровне 95 %. Новые данные повысили достоверность до 99,999 %. Вычисления показали, что площадь горизонта событий после слияния действительно увеличилась, что полностью согласуется с предсказанием Хокинга.

Сравнение: данные 2015 и 2025 годов

Ошибка → Последствие → Альтернатива

• Ошибка: полагать, что гравитационные волны невозможно использовать для проверки фундаментальных теорий.

• Последствие: ограничение понимания чёрных дыр и эволюции Вселенной.

• Альтернатива: использовать современные интерферометры и коллаборации LVK для проверки идей квантовой гравитации.

А что если…

Если будущие обсерватории повысят чувствительность в десятки раз, то учёные смогут не только фиксировать новые столкновения, но и определять их точное расположение в небе. Это поможет связать данные гравитационных волн с электромагнитными наблюдениями.

Плюсы и минусы новых открытий

FAQ

Что такое теорема Хокинга о площади чёрной дыры?
Это утверждение, что площадь горизонта событий не уменьшается при слиянии чёрных дыр.

Сколько столкновений чёрных дыр зафиксировано?
За 10 лет наблюдений обнаружено около 300 подобных событий.

Что будет дальше?
В 2028 году ожидается модернизация LIGO и других обсерваторий, что позволит изучать гравитационные волны ещё глубже.

Мифы и правда

• Миф: чёрные дыры можно описать бесконечным числом параметров.

• Правда: уравнения Керра показывают, что достаточно массы и вращения.

• Миф: гравитационные волны — это электромагнитные колебания.

• Правда: это искривления пространства-времени.

• Миф: теорема Хокинга оставалась недоказанной.

• Правда: её подтвердили современные обсерватории LIGO-Virgo-KAGRA.

Исторический контекст

• 1971 год: Стивен Хокинг формулирует теорему о площади.

• 2015 год: первое наблюдение гравитационных волн GW150914.

• 2021 год: теорема подтверждена с вероятностью 95 %.

• 2025 год: событие GW250114 подтверждает теорему с вероятностью 99,999 % (Physical Review Letters).

Эти достижения показывают, что мы вступаем в новую эру физики: гравитационно-волновая астрономия превращается из экзотики в рабочий инструмент проверки самых смелых идей о природе Вселенной.