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在引力波这事上,霍金用了勾股定理:他还是没错

来源:蝌蚪五线谱 | 时间:2016-02-24 15:40:04 | 阅读:65 |  标签: 引力波   | 分享到:

在引力波这事上,霍金用了勾股定理:他还是没错

如果你看不懂上面我画了红线的那个公式,那说明你基本可以告别自行车了,拄拐吧,黑洞并不合适你。

好了,现在在你的心目中,黑洞就是一个完美的球,只不过不停地吃东西,因此球面的面积在不断增加,这就是霍金黑洞面积不减定理的物理直觉。严格来说,霍金的证明用到一些比如渐近平坦等条件,这些条件都是ok的,有引力波存在的时候也成立的呀。

那么,问题来了,LIGO发现的事情是什么?那是两个黑洞碰撞并合:一个29倍太阳质量的黑洞与另外一个36倍太阳质量的黑洞,变成了一个质量为62倍太阳质量的黑洞,这事情与面积不减定理是违背的吗?

因为,这事情看起来是这样的:

在引力波这事上,霍金用了勾股定理:他还是没错

一些人可能会说,这不对啊,本来应该是65的,现在变成了62,最终的大黑洞的质量变小了呀,黑洞面积不减定理是错的呀。

呵呵。

这里面有一些细节,最后我们可以看到,霍金是对的,黑洞面积确实不减。

问题的关键点在于:要搞清楚黑洞的质量与面积是啥关系呀。

对于这一点,“蝌蚪五线谱”请教了中国科学院数学研究所的曹周键老师,他是数值相对论方面的资深专家,对引力波与霍金黑洞面积不减定理的关系洞若观火。

他说:“黑洞的面积正比与质量的平方!”

在引力波这事上,霍金用了勾股定理:他还是没错

这是为什么呢?

曹周键老师向“蝌蚪五线谱”介绍说,我们可以考虑不带自转的史瓦西黑洞,可以知道黑洞的半径与质量的关系如下:

在引力波这事上,霍金用了勾股定理:他还是没错

因此,黑洞的质量正比于半径,而黑洞的面积正比于半径的平方(见上文球面的面积公式),所以,黑洞的面积正比于黑洞质量的平方。

因此,我们有如下重要结论:

在引力波这事上,霍金用了勾股定理:他还是没错

这就是黑洞面积不减定理!(在爱因斯坦引力方程的控制下,多个黑洞的演化满足此定理。)这个结论其实类似于勾股定理,初中二年级的学生都会吧。

所以,请听好了!目前LIGO看到的65变成62放出3个太阳质量的引力波能量的事情并不违背霍金的黑洞面积不减定理。而且,曹周键老师告诉“蝌蚪五线谱”,根据他的计算,两个黑洞碰撞并合能发出引力波能量的最大效率达到29%(如果考虑黑洞自转的话),目前LIGO探测的这次引力波能量放出的效率在4%左右。

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