引力波證實了霍金的黑洞面積定理

1971年，霍金在宇宙監督假設和強能量條件的基礎上推匯出了黑洞面積定理：黑洞的表面積不會隨著時間的推移而減少。面積定理吸引了許多物理學家，因為它反應了熱力學第二定律，即熵不能隨著時間減少。

如果黑洞把物體吸入內部，那麼它的質量會增加，從而也增加了黑洞的表面積。但是，被吸進的物體會使黑洞角動量增加，使表面積減少。不過，由於附加質量而增加的表面積總是大於由附加轉動減少的表面積，最終結果是黑洞的表面積還是增加了。

根據面積定理，兩個黑洞可以合併成一個黑洞，合併後的表面積大於合併前各黑洞表面積之和。但是，如果一個大黑洞自發地分裂成兩個小黑洞，那麼總的表面積將會減少，這和麵積定理相違背，因此是不可能發生的。

理論需要實驗的證明，而引力波天文學的發展使我們得以驗證霍金的面積定理。麻省理工學院天體物理學家團隊分析了2015年探測到的第一個引力波訊號。他們將資料分成兩個時段：合併前和合並後，且分別計算了它們的表面積。結果發現，新形成黑洞的表面積大於兩個舊黑洞的表面積之和，實驗的置信水平為95%。

黑洞和引力波是廣義相對論的結果，而面積定理也是從廣義相對論發展而來的。之前引力波的觀測結果很好地符合了廣義相對論，因此面積定理也不太可能偏離。

霍金的面積定理很好地把黑洞與熱力學聯絡在一起，而霍金輻射則把廣義相對論和量子力學聯絡在一起。由於量子漲落，宇宙中會“憑空”產生一些粒子，通常情況下，這些粒子成對出現並快速結合而湮滅。但是，如果這些粒子出現在黑洞視界附近，其中一個粒子落入黑洞中，另一個粒子自由地逃往宇宙，黑洞就發出了霍金輻射。

霍金輻射會使黑洞的表面積收縮，違反面積定理。不過，由於霍金輻射非常微弱，需要極長的時間才能觀察到面積的縮小，因此它不會阻礙實驗的進行。